C++ RTTI机制下的对象内存模型（透彻）

上节所示的 Base 和 Derived 的对象内存模型非常简单，读者也很容易理解，它满足了 typeid 运算符在程序运行期间动态地获取表达式的类型信息的需求。在 C++ 中，除了 typeid 运算符，dynamic_cast 运算符和异常处理也依赖于 RTTI 机制，并且要能够通过派生类获取基类的信息，或者说要能够判断一个类是否是另一个类的基类，这样上节讲到的内存模型就不够用了，我们必须要在基类和派生类之间再增加一条绳索，把它们连接起来，形成一条通路，让程序在各个对象之间游走。在面向对象的编程语言中，我们称此为继承链（Inheritance Chain）。

关于 dynamic_cast 运算符和异常处理我们将在后续章节中讲解，这里读者只需要知道它们依赖于 RTTI 机制。

将基类和派生类连接起来很容易，只需要在基类对象中增加一个指向派生类对象的指针，然而考虑到多继承、降低内存使用等诸多方面的因素，真正的对象内存模型比上节讲到的要复杂很多，并且不同的编译器有不同的实现（C++ 标准并没有对对象内存模型的细节做出规定）。

我们以下面的代码为例来展示 Visual C++ 下真正的对象内存模型：

class A{
protected:
    int a1;
public:
    virtual int A_virt1();
    virtual int A_virt2();
    static void A_static1();
    void A_simple1();
};
class B{
protected:
    int b1;
    int b2;
public:
    virtual int B_virt1();
    virtual int B_virt2();
};
class C: public A, public B{
protected:
    int c1;
public:
    virtual int A_virt2();
    virtual int B_virt2();
};

最终的内存模型如下所示（猛击图片可查看大图）：

图片来源于 http://www.openrce.org/articles/full_view/23，红色是我加的说明。

从图中可以看出，对于有虚函数的类，内存模型中除了有虚函数表，还会额外增加好几个表，以维护当前类和基类的信息，空间上的开销不小。typeid(type).name() 方法返回的类名就来自“当前类的信息表”。

如果你希望深入了解上图的结构，请查看下面几篇文章：

• VC++逆向：类、方法和 RTTI
• RTTI结构详细分析(VC++)
• C++中RTTI机制剖析
• C++ dynamic_cast实现原理
• dynamic_cast, RTTI， 整理

typeid 经过固定次数的间接转换返回 type_info 对象，间接次数不会随着继承层次的增加而增加，对效率的影响很小，读者可以放心使用。而 dynamic_cast 运算符和异常处理不仅要经过数次间接转换，还要遍历继承链，如果继承层次较深，那么它们的性能堪忧，读者应当谨慎使用！

类型是表达式的一个属性，不同的类型支持不同的操作，例如class Student类型的表达式可以调用 display() 方法，int类型的表达式就不行。类型对于编程语言来说非常重要，编译器内部有一个类型系统来维护表达式的各种信息。

在 C/C++ 中，变量、函数参数、函数返回值等在定义时都必须显式地指明类型，并且一旦指明类型后就不能再更改了，所以大部分表达式的类型都能够精确的推测出来，编译器在编译期间就能够搞定这些事情，这样的编程语言称为静态语言（Static Language）。除了 C/C++，典型的静态语言还有 Java、C#、Haskell、Scala 等。

静态语言在定义变量时通常需要显式地指明类型，并且在编译期间会拼尽全力来确定表达式的类型信息，只有在万不得已时才让程序等到运行后动态地获取类型信息（例如多态），这样做可以提高程序运行效率，降低内存消耗。

与静态语言（Static Language）相对的是动态语言（Dynamic Language）。动态语言在定义变量时往往不需要指明类型，并且变量的类型可以随时改变（赋给它不同类型的数据），编译器在编译期间也不容易确定表达式的类型信息，只能等到程序运行后再动态地获取。典型的动态语言有 JavaScript、Python、PHP、Perl、Ruby 等。

动态语言为了能够使用灵活，部署简单，往往是一边编译一边执行，模糊了传统的编译和运行的过程。例如 JavaScript 主要用来给网页添加各种特效（这是一种简单的理解），浏览器访问一个页面时会从服务器上下载 JavaScript 源文件，并负责编译和运行它。如果我们提前将 JavaScript 源码编译成可执行文件，那么这个文件就会比较大，下载就会更加耗时，结果就是网页打开速度非常慢，这在网络不发达的早期是不能忍受的。

总起来说，静态语言由于类型的限制会降低编码的速度，但是它的执行效率高，适合开发大型的、系统级的程序；动态语言则比较灵活，编码简单，部署容易，在 Web 开发中大显身手。