面试题：C++ 空类继承与内存布局变化

Question

假设有一个空类A，另一个类B继承自A，同时B中定义了一个int类型的成员变量。请描述B类的内存布局情况，包括其大小计算方式，以及这种布局在C++对象模型中的原理。

Answer 1

1. B类内存布局
   • B类对象的内存布局中，首先是从基类A继承而来的部分（由于A为空类，在C++标准下通常会有一个“空基类优化”，其大小理论上为1字节，用于标识对象的地址唯一性）。
   • 接着是B类自己定义的int类型成员变量，int通常在32位和64位系统下占4字节。
2. 大小计算方式
   • 在一般情况下（不考虑特殊编译器优化），B类对象的大小为A类大小（1字节，因空基类优化）加上int类型成员变量的大小（4字节），总共为4 + 1 = 5字节。但在实际中，由于内存对齐的原因，编译器通常会将其对齐到4字节的倍数，所以B类对象大小通常为8字节。
3. C++对象模型中的原理
   • 继承原理：在C++对象模型中，派生类对象包含基类对象的所有成员（包括被隐藏的成员）。所以B类对象的内存布局是在基类A对象布局之后，紧接着放置B类自己新增的成员。
   • 空基类优化：对于空基类A，C++标准允许编译器进行空基类优化（EBO），以节省空间。这是因为空类本身没有数据成员，不需要占用实际的存储空间，但为了保证每个对象都有唯一的地址，编译器会给它分配一个最小的非零大小（通常是1字节）。
   • 内存对齐：为了提高内存访问效率，编译器会按照一定的规则对对象中的成员进行内存对齐。比如在常见的系统中，会按照4字节或者8字节的边界对齐。所以即使B类理论大小为5字节，实际也会被对齐到8字节。