Class Layout

以下是对文档内容的总结，按照逻辑结构和核心内容进行梳理，语言简洁明了： --- # 类布局总结 ## 1. 标准布局类型 - **定义**：标准布局类型在C++11中被正式定义，旨在提供可预测的对象布局。 - **POD类型**（Plain Old Data）： - POD类型是标准布局类的一种特殊情况。 - POD类型不能有私有或受保护的非静态数据成员、用户声明的构造函数或基类。 - POD类型显得过于受限，C++20已弃用`is_pod`型特。 - **标准布局类**： - 必须是C类型（如标量、数组或标准布局类）。 - 可以有非虚函数、静态成员函数、静态数据成员和嵌套类型。 - UART类是一个典型的标准布局类示例。 --- ## 2. 布局保证与内存排列 - **布局保证**： - 标准布局类的第一个非静态数据成员偏移量为零。 - 后续非静态数据成员的偏移量递增。 - 对象的存储是连续的。 - **填充字节**： - 编译器可能在数据成员之间插入填充字节（即“空缺字节”）。 - 这使得除了第一个数据成员外，其他数据成员的偏移量不一定可预测。 - **示例**：UART类中ULCON数据成员的偏移量为零，但其他数据成员的偏移量无法确定。 --- ## 3. 基类布局 - **基类子对象的排列**： - 基类子对象的存储顺序是未指定的，但通常按照基类声明的顺序排列。 - 派生类的数据成员通常在基类子对象之后排列。 - **多继承下的派生类布局**： - 在多继承情况下，派生类可能包含多个vptr（虚表指针）。 - 每个基类子对象可能有不同的虚表。 --- ## 4. 内存填充与控制 - **填充字节的影响**： - 编译器可能添加填充字节以满足对齐要求。 - 填充字节会影响数据成员的偏移量。 - **控制布局**： - 部分编译器支持非标准扩展，如`#pragma pack`或`__attribute__(packed)`，可以压缩结构体布局。 - 静态断言（`static_assert`）可以用于验证数据成员的偏移量，避免运行时错误。 --- ## 5. 注意事项 - **避免布局假设**： - 不要假设类成员的物理排列与代码中的声明顺序一致。 - 使用`defaulted`特性（如`operator <=>`）时，数据成员的逻辑顺序与物理排列可能不一致。 - **虚函数与多继承**： - 虚函数和虚基类会增加对象的复杂性，影响布局。 - 多重继承可能导致基类子对象重复，应尽量避免。 --- ## 6. 示例与实际应用 - **UART类**： - 假设UART类是标准布局类，用于设备建模，其成员偏移量需通过`static_assert`验证。 - **空类与状态**： - 空类（无数据成员、虚函数或虚基类）仍需占用内存，通常为1字节。 通过以上总结，可以更清晰地理解C++类布局的核心概念、布局保证和实际应用中的注意事项。