(Boolan) C++ 类型大小和内存分布（虚函数指针、虚表、内存对齐问题）

题目要求

回答：

（以下大部分都是基于x64编译器下的windows平台的gcc version 5.3.0 (GCC)编译器的测试结果，不能其他平台也能得出完全一致的结论，如果在x32下编译结果会指出）
由于class相较于struct，默认的成员就是private，代码中没有特地强调private

• Fruit的类型大小为32，Apple的类型大小为40。

  • 完整测试用代码：
    http://rextester.com/AUJV82101
    • 点击上方连接可以进入全套代码，点击左下角的“run”按钮可以查看运行后的结果。
    • 说明：
      • 程序所有的对象均创建在栈中，由系统自动管理，无需手动释放内存

• 图示：

Fruit类型的大小所占的内存（x64编译器下的结构） 4 * 8 = 32 Byte

注：虚函数指针因为是一个指针，其大小应该为4个字节，但在此我想说，如果使用x64编译器生成的64位程序的指针大小为8个字节。（一个只含有虚函数的struct，x64编译旗下，虚函数指针为8字节；x86编译器上虚函数指针和普通指针没啥区别，都是4个字节）。
在后续我有详细的测试论证过程。

Fruit类型的大小所占的内存（x86编译器下的结构） 4 * 8 = 32 Byte

Apple类型的大小所占的内存（x64编译器下的结构） 5 * 8 = 40 Byte

Apple类型的大小所占的内存（x86编译器下的结构） 5 * 8 = 40 Byte

关于答案以下是非常详细的测试和推理，篇幅较长，感谢您阅读，希望您多多指正。

答案分析：

• 完整测试用代码：
  http://rextester.com/AUJV82101
  • 点击上方连接可以进入全套代码，点击左下角的“run”按钮可以查看运行后的结果。
  • 代码运行的初级结论
    
    
    

    代码初级结论（x64编译器的结果）

- Fruit类和Apple类的相关定义class Fruit {int no;double weight;char key;public:void print() {   }virtual void process() {   }};class Apple : public Fruit {int size;char type;public:void save() {   }virtual void process() {   }};

• 提出疑问
  1 对于Fruit类来说，成员由int、double和char组成，其中，不难由程序员算结果可知sizeof(int) = 4、sizeof(double) = 8、sizeof(char) = 1，那么1+4+8=13，为何sizeof(Fruit)的结果为32？
  2 对于Apple来说，成员有int、char组成，其中，不难由程序得知sizeof(int) = 4、sizeof(char) = 1，那么1 + 4 = 5，为何sizeof(Apple)的结果为40呢？
  3 这样定义是否合理，是否存在着内存的浪费？
  4 内存中的额外空间用做了什么？这些空间是否有规律可循？他们是什么？都占多大的内存空间？
  ......

• 分析：

  为了弄清楚这些疑问，需要准备一系列的代码来做实验。

  • 首先我们先来验证最基础的一个特点就是内存对齐的问题。
    • 什么是内存对齐。内存对齐是 编译器 层面管理的问题，是编译器管理数据位置的一种组织方式。
    • 对齐系数。其实可以把他理解为编译器的来存放内存时，划分内存空间的一把“尺子”。通过这个尺子来量出该怎么划分内存空间。也可以把它理解为切内存——这块蛋糕，所用的最小单位。如果被选中了相应的对其系数，那么，也就决定了存放数据的内存单元的每一行有多宽，所以得出来的内存空间大小，一定是对其系数的倍数！
      • 那么如何来得到对齐系数呢？

        方式一：
        程序员可以通过预编译命令#pragma pack(n)，n=1,2,4,8,16来改变这一系数，其中的n就是你要指定的“对齐系数”。

        方式二：
        由编译器自信决定。对于我这次测试的平台来说，这个编译器的规则为，采用成员中最长的变量的长度作为对其系数。

      • 既然知道了对齐系数，那么是否可以帮助解释之前提出的疑问呢？！
        答案是，可以解释部分内容，想要全部弄明白还得等等，我们先来看看这块能解释多少吧。
        如果这时候那Fruit为例来看，它其中的成员有int,double和char所组成，这三个变量中，最长的应该是double了。所以Fruit的大小一定是sizeof(double)的倍数，也就是8的倍数。目前看，Fruit的大小为32，是符合这个观点的。那么这三个成员是如何排列呢？
        其实他们的安排顺序还是狠简单粗暴的，就是定义变量的顺序来组织他们在内存中的位置。
        比如，Fruit的成员定义顺序是int,double,char，则编译器会先将int按照，对齐系数放入内存中，再看后面的变量，如果，两者相加小于对齐系数，则放在同一行，如果大于，就单独再开一行。那么，Fruit的对齐系数为double的8，sizeof(int)+sizeof(double)