对Object Pascal编译器给类对象分配堆内存细节的一种大胆猜测(下)
烤鸡翅膀
读过我以前写的文章的网友，都知道我是一个喜欢“刨根问底”、“死钻牛角尖”的家伙。最近由于工作需要转学DELPHI，在接触Object Pascal之后，果然领会到了它的整洁和优美，怪不得连《程序设计语言：设计与实现》一书的作者也称赞pascal是“一种极优美的语言”。但在学习过程中遇到了好多问题，特别是对于像我这样由C++转至OP[对Object Pascal的简称]学习的人，由于两种语言风格不同，问号就会更多了。其中，OP和C++语言的一个很大的区别就是：类对象[或称之为类实例]的内存分配机制不同。其中有两方面要说：
一、什么时候分配？
在C++中，定义了对象，那么马上分配其内存，之后调用其构造函数，这个内存可能在堆中，也可能在栈内，也可能在全程数据区内。但OP却截然不同，定义一对象，如：obj : TObject;只是为其分配了4字节的一个指针空间，而真正的对象空间还没有分配，那怎么用？在使用前当然要给对象分配空间，不然就会造成访问内存出错，给对象分配空间的办法也很简单：
obj := Tobject.Create;
就OK，这个对象空间是分配在堆内的，大家知道，栈内空间可以在使用期过后自动回收，但堆内存需要程序员自己管理，所以在使用完类对象之后，别忘了 obj.Free [真正实现析构的是obj.Destroy，但obj.free是一种更安全的方式]。
“什么时候分配”这个问题在OP和C++上的答案确实不同，但还不至于让我“疑惑”。知道了OP类对象是通过调用这样的语句（构造函数）：obj := Tobject.Create;来得到堆内存的，但在这个处理细节上，编译器在内部是如何实现分配堆内存的呢？
请看下一个问题：
二、OP编译器是如何分配的内存？
首先要感谢Lippman的《Inside C++ Ojbect Model》，这是一本不可多得的好书，她告诉了你对于C++编译器实现的一些你最迷惑、也是最想关心的细节，但不知DELPHI业界内有没有这样一本书，可以让我清楚的了解到OP编译器具体[具体到每个细节]是如何给一个类对象分配堆内存的 [如果有这样的书，您一定要通知我：coder@vip.sina.com] ？
我大胆的做了猜测！
一些小动作都是在Tobject类内部事先已经定义好的！下面让我们来关注一下这几个Tobject类方法(Tobject定义于System.pas)：
TObject = class
……
constructor Create;
procedure Free;
class function InitInstance(Instance: Pointer): TObject;
procedure CleanupInstance;
class function InstanceSize: Longint;
class function NewInstance: TObject; virtual;
procedure FreeInstance; virtual;
destructor Destroy; virtual;
end;
从方法的名称上我们能隐约的感觉到：NewInstance和FreeInstance肯定和类对象的构造和析构有些关联！
先来分析一下NewInstance：
class function TObject.NewInstance: TObject;
begin
Result := InitInstance(_GetMem(InstanceSize));
end;
只有一句代码，但却调用了三个其它方法：
1、
class function TObject.InstanceSize: Longint;
begin
Result := PInteger(Integer(Self) + vmtInstanceSize)^;
end;
这个方法是OP类实现RTTI的一个重要方法，它能返回类对象所需要占用堆内存的大小，注意它并非是类对象所占有内存大小，因为类对象是一指针，那么在32位环境下，指针永远是4字节！
大家可能对这句代码比较疑惑Result := PInteger(Integer(Self) + vmtInstanceSize)^;下面我定义一个OP类：
TBase = class(TObject)
x : Integer;
y : Double;
constructor Create;
end;
然后分配内存：
b : Tbase ;
b := TBase.Create;
我设想分配后的内存布局应是这样的[按C++对象的内存考虑联想的]：
再来看这句：Result := PInteger(Integer(Self) + vmtInstanceSize)^;它的目的是取到VMT中Index = -40[注意：常量vmtInstanceSize = -40]的格子中的内容。大家看这里的
Self变量是什么值呢？是b的值也就是VPTR的ADDRESS吗？绝对不是！因为程序在执行到TObject.InstanceSize时只是想通过调用它知道得划分多少堆内存，但还没有正式分配堆内存，也就是说，VPTR、X、Y还不存在[但VMT是和类一同建立起来的，它包含了和类有关的一些信息，如类实例需要请求的堆内存的大小等等]，当然这个Self也就不能是b的值了，我猜测它的内容是VMT中index = 0的格子的Address,只有这样，这里的代码和下面要讲的代码才能被正常解释，但，Self是怎么被Assigned为这个值的，我想是编译器所做的处理吧。
这样，Result := PInteger(Integer(Self) + vmtInstanceSize)^自然得到了类对象所需要堆内存大小的信息！
为了证明我上面的猜测是正确的，大家可以实验以下代码：
var
b :Tbase;
size_b : Integer;
begin
b := TBase.Create;
ShowMessage(Format('InitanceSize of TBase : %d',[b.InstanceSize]));
size_b := PInteger(PInteger(b)^ - 40)^;
ShowMessage(Format('InitanceSize of TBase : %d',[size_b]));
……
end;
大家可以看到，两种方法得到的是同一个值！
好，现在我们回过头来讲解TObject.NewInstance中要调用的第二个函数。
2、function _GetMem(Size: Integer): Pointer;
它在System.pas 中的定义如下：
function _GetMem(Size: Integer): Pointer;
{$IF Defined(DEBUG) and Defined(LINUX)}
var
Signature: PLongInt;
{$IFEND}
begin
if Size > 0 then
begin
{$IF Defined(DEBUG) and Defined(LINUX)}
Signature := PLongInt(MemoryManager.GetMem(Size + 4));
if Signature = nil then
Error(reOutOfMemory);
Signature^ := 0;
Result := Pointer(LongInt(Signature) + 4);
{$ELSE}
Result := MemoryManager.GetMem(Size);
if Result = nil then
Error(reOutOfMemory);
{$IFEND}
end
else
Result := nil;
end;
具体代码就不分析了，但我们终于看到了OP中分配堆内存的具体函数，原来是OP是通过一个内存管理器MemoryManager来管理类对象所取得的堆内存空间的！
TObject.NewInstance中第三个调用的方法：
3、
class function TObject.InitInstance(Instance: Pointer): TObject;
{$IFDEF PUREPASCAL}
var
IntfTable: PInterfaceTable;
ClassPtr: TClass;
I: Integer;
begin
FillChar(Instance^, InstanceSize, 0);
PInteger(Instance)^ := Integer(Self);
ClassPtr := Self;
while ClassPtr <> nil do
begin
IntfTable := ClassPtr.GetInterfaceTable;
if IntfTable <> nil then
for I := 0 to IntfTable.EntryCount-1 do
with IntfTable.Entries[I] do
begin
if VTable <> nil then
PInteger(@PChar(Instance)[IOffset])^ := Integer(VTable);
end;
ClassPtr := ClassPtr.ClassParent;
end;
Result := Instance;
end;
{$ELSE}
asm
PUSH EBX
PUSH ESI
PUSH EDI
MOV EBX,EAX
MOV EDI,EDX
STOSD
MOV ECX,[EBX].vmtInstanceSize
XOR EAX,EAX
PUSH ECX
SHR ECX,2
DEC ECX
REP STOSD
POP ECX
AND ECX,3
REP STOSB
MOV EAX,EDX
MOV EDX,ESP
@@0: MOV ECX,[EBX].vmtIntfTable
TEST ECX,ECX
JE @@1
PUSH ECX
@@1: MOV EBX,[EBX].vmtParent
TEST EBX,EBX
JE @@2
MOV EBX,[EBX]
JMP @@0
@@2: CMP ESP,EDX
JE @@5
@@3: POP EBX
MOV ECX,[EBX].TInterfaceTable.EntryCount
ADD EBX,4
@@4: MOV ESI,[EBX].TInterfaceEntry.VTable
TEST ESI,ESI
JE @@4a
MOV EDI,[EBX].TInterfaceEntry.IOffset
MOV [EAX+EDI],ESI
@@4a: ADD EBX,TYPE TInterfaceEntry
DEC ECX
JNE @@4
CMP ESP,EDX
JNE @@3
@@5: POP EDI
POP ESI
POP EBX
end;
{$ENDIF}
刚才知道_GetMem已经得到了堆内存空间，而我们现在要讨论的这个方法是进行一些必须的初始化。其它代码不管，只看这两句：
FillChar(Instance^, InstanceSize, 0);
PInteger(Instance)^ := Integer(Self);
第一就是给类对象清零，现在我们知道为什么OP的类实例的字段会自动被初始化为零了吧[String就为空，指针就为nil]！
第二条语句，是让VTPR指针指向VMT表的0号格子[读者请参考结构图自行分析，此处也证明上面我对Self值的猜测的正确性]。
(未完待续)
