gcc 4.4.7的C++对象模型:派生类对象中的基类子对象填充

Question

我正在阅读-- 3.4继承和数据成员。它说：“语言保证基类子对象在派生类中的完整性。”此外，它还举例如下：

class Concrete1
{
private:
    int val;
    char bit1;
};

class Concrete2 : public Concrete1
{
private:
    char bit2;
};

class Concrete3 : public Concrete2
{
private:
    char bit3;
};

Concrete1对象模型是：

4 bytes for val, 
1 byte for bit1,
3 bytes padding. 
// 8 bytes in total.

Concrete2对象模型是：

8 bytes for Concrete1 subobject, 
1 byte for bit2,
3 bytes padding. 
// 12 bytes in total. 

类似地，Concrete3对象模型是16个字节。

Concrete2对象成员bit2不使用Concrete1子对象的填充部分，这就是为什么它只有12个字节。但是当我尝试gcc 4.4.7中的例子时，Concrete2对象和Concrete3对象的大小与Concrete1对象相同-- 8字节。所以我猜gcc使用Concrete1对象的填充部分来存储bit2和bit3。我称它们为“不使用填充”方式和“使用填充”方式简称。

为了解释为什么不使用填充部分，本书给出了以下代码：

Concrete2 *pc2; 
Concrete1 *pc1_1, *pc2_2; 
pc1_1 = pc2;
*pc1_1 = *pc2_2; // pc1_1 may point to a Concrete2 or Concrete3 object. 

以“不使用填充”的方式，pc2_2指向的pc2_2对象将被复制到pc1_1指向的Concrete3 2/Concrete3 3对象的Concrete1子对象中。这本书还说它是一个“成员级”副本，但看起来更像一个“对象”副本，因为它意味着填充部分也会被复制。

书中以“使用填充”的方式表示，它将覆盖bit2成员，因为*pc2_2的对应字节是一个填充字节。再一次，我用gcc 4.4.7试了一下，结果发现bit2成员没有被覆盖。因此，我猜想这个副本是一个真正的“成员级”拷贝，只有val和bit1被复制。

因此，我的问题是: 1. gcc的活动是否正确：“使用填充”的方式和真实的“成员级”复制? 2.基类的私有成员不能在派生类中访问，但派生类对象包含其基类子对象(val和bit1)中的所有私有成员。为什么它被设计成包含基类私有成员，即使它们甚至不能在派生类对象中被访问？仅用于复制操作，如*pc1_1 = *pc2_2；

谢谢

Answer 1

关于你的第一个问题：

我试图用不同的编译器复制您在ideone.com上描述为“使用填充”的行为，但失败了。Clang，gcc 4.3和gcc 5.1似乎没有使用基类的衬垫。但是从这个问题的答案可以看出gcc确实利用了这个填充物。

该标准引入了荚型的概念，但它明确声明

9类 班级 7 A类S是一个标准布局类，如果它：(.) (7.6)类及其基类中的所有非静态数据成员和位字段首先在同一个类(.)中声明。

因此，这不适用于您的类，因为基类和派生类中都有数据成员。我找不到任何关于非POD-类型需要如何布局的参考资料。相关问题的答案之一是，这是一个变化的主题。

继承的重要之处在于--使用指针或引用--您可以像使用基类的对象一样使用派生对象。这意味着您可以像使用Concrete3*一样使用Concrete1*。但是这是独立的，您是否使用填充，只要在添加Concrete2和Concrete3的数据成员时不更改Concrete3的布局。

关于你的第二个问题：

标准规定如下：

11成员访问控制 class.access 1一个类的成员可以是

• (1.1)私人名称；即该名称只可供其所属类别的成员及朋友使用。
• (1.2)受保护的；即其名称只可由其所属类别的成员及朋友使用，由该类别衍生的类别及其朋友使用(见11.4)。
• (1.3)公开的；也就是说，它的名称可以在任何地方使用，不受访问限制。

如您所见，它只指定可以使用名称的位置。例如，您仍然可以将引用或指针返回给私有成员。这意味着它们必须存在于记忆中的某个地方。事实上，对象的状态是由其成员的状态定义的--私有或公共状态只是代码中允许您直接访问它们的位置的问题。