本文將探討C++類中成員變量的內存分布情況，包括普通成員、靜態成員、虛函數等不同情況下的內存布局。

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一、基本成員內存布局

1. 普通成員變量

普通成員變量按照聲明順序在內存中連續排列（受訪問修飾符和內存對齊影響）：

class NormalClass {
public:int a;      // 4字節char b;     // 4字節（考慮int對齊）double c;   // 8字節char d;     // 8字節（考慮double 對齊）
};
// sizeof(NormalClass) = 24 (考慮對齊填充)

內存布局：

| 0-3: int a | 4: char b | 5-7: padding | 8-15: double c | 16: char d | 17-23: padding |

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2. 帶繼承的內存布局

派生類的成員追加在基類成員之后：

class Base {
public:int base_var; // 4字節
};class Derived : public Base {
public:int derived_var; // 4字節，再加上Base 類的 4字節，總共8字節
};

內存布局：

| 0-3: Base::base_var | 4-7: Derived::derived_var |

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二、靜態成員的內存分布

靜態成員不占用類實例的內存空間，存儲在全局數據區：

class WithStatic {
public:int normal_var;         // 占用實例空間static int static_var;  // 不占用實例空間
};
// sizeof(WithStatic) == sizeof(int)

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三、虛函數對內存的影響

1. 含有虛函數的類

編譯器會隱式添加虛表指針(vptr)，通常放在對象起始位置，虛函數表（vtable）本身不占用類實例的內存空間，vtable 存儲在程序的只讀數據段（全局靜態區），每個類（而非對象）共享一個 vtable。虛表指針（vptr）會占用類實例的內存空間，每個對象實例中存儲一個指向 vtable 的指針，在 64 位系統中占用 8 字節，32 位系統中占用 4 字節：

class WithVirtual {
public:virtual void foo() {}  // 添加vptrint a;
};
// 在32位系統上sizeof(WithVirtual) == 8 (vptr + int)
// 在64位系統上sizeof(WithVirtual) == 16 (vptr + int + padding)

內存布局(64位系統)：

| 0-7: vptr | 8-11: int a | 12-15: padding |

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2. 繼承體系中的虛函數

派生類與基類共享同一個vptr（單繼承情況下）：

class BaseWithVirtual {
public:virtual void foo() {}int base_var;
};class DerivedVirtual : public BaseWithVirtual {
public:virtual void bar() {}  // 添加到虛表int derived_var;
};

內存布局（64位系統）：

| 0-7: vptr | 8-11: Base::base_var | 12-15: Derived::derived_var |

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四、多繼承的內存布局

多繼承情況下，每個基類子對象按聲明順序排列：

class Base1 { public: int base1_var; };
class Base2 { public: int base2_var; };class MultiDerived : public Base1, public Base2 {
public:int derived_var;
};

內存布局：

| 0-3: Base1::base1_var | 4-7: Base2::base2_var | 8-11: derived_var |

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五、驗證內存布局的代碼

#include <iostream>
#include <cstddef>#define PRINT_OFFSET(className, member) \std::cout << "Offset of " #member ": " \<< offsetof(className, member) << std::endlstruct Test {virtual void foo() {}  // 添加vptrint a;char b;static int c;
};int main() {std::cout << "Sizeof Test: " << sizeof(Test) << std::endl;PRINT_OFFSET(Test, a);  // 64位系統輸出 8PRINT_OFFSET(Test, b);  // 64位系統輸出 12return 0;
}

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總結表格

特性	是否影響實例大小	存儲位置
普通成員變量	是	棧/堆
靜態成員變量	否	全局數據區
虛函數	是（添加vptr）	虛表
繼承	是	追加基類成員
虛繼承	是	更復雜布局

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注意事項：

1. 實際內存布局可能因編譯器實現不同而有所差異
2. 使用 offsetof 宏驗證偏移量
3. 內存對齊可通過 #pragma pack 指令調整