（转载）虚继承之单继承的内存布局

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（转载）虚继承之单继承的内存布局

2013年09月12日 ⁄ 综合 ⁄ 共 2138字 ⁄ 字号小中大 ⁄ 评论关闭

原博客在http://blog.csdn.net/rkfang/article/details/131567

C＋＋2.0以后全面支持虚函数与虚继承，这两个特性的引入为C＋＋增强了不少功能，也引入了不少烦恼。虚函数与虚继承有哪些特性，今天就不记录了，如果能搞了解一下编译器是如何实现虚函数和虚继承，它们在类的内存空间中又是如何布局的，却可以对C＋＋的了解深入不少。这段时间花了一些时间了解这些玩意，搞得偶都，不过总算有些收获，嘿嘿。

先看一段代码

class A
{
	virtual aa(){};
};
class B : public virtual  A
{
	char j[3]; //加入一个变量是为了看清楚class中的vfptr放在什么位置
public:
	virtual bb(){};
};
class C : public virtual B
{
	char i[3];
public:
	virtual cc(){};
};
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	A aa;
	int a = sizeof(aa);
	B bb;
	int b = sizeof(bb);
	C cc;
	int c = sizeof(cc);
	printf("a= %d\nb=%d\nc=%d\n",a,b,c);
}

这次先不给结果，先分析一下，也好加强一下印象。
1、对于class A，由于只有一个虚函数，那么必须得有一个对应的虚函数表，来记录对应的函数入口地址。同时在class A的内存空间中之需要有个vfptr_A指向该表。sizeof（A）也很容易确定，为4。
2、对于class B，由于class B虚基础了class A，同时还拥有自己的虚函数。那么class B中首先拥有一个vfptr_B，指向自己的虚函数表。还有char j[3]，做一次alignment，一般大小为4。可虚继承该如何实现咧？this is 啊 problem！偶之前是不晓得的，还好C++ Object Model上有介绍。首先要通过加入一个虚l类指针（记vbptr_B_A）来指向其父类，然后还要包含父类的所有内容。有些复杂了，不过还不难想象。sizeof（B）=
4＋4＋4＋4＝16（vfptr_B、char j[3]做alignment、vbptr_B_A和class A）。
3、在接着是class C了。class C首先也得有个vfptr_C，然后是char i[3]，然后是vbptr_C_B，然后是class B，所以sizeof（C）＝4＋4＋4＋16＝28（vfptr_C、char i[3]做alignment、vbptr_C_A和class B）。

在VC 6.0下写了个程序，把上面几个类的大小打印出来，果然结果为4、16、28。hoho搞定！真的搞定了？也许经过上面的分析，虽然每个类具体的内存布局还不大清楚，但其中的内容应该不会错了。嘿嘿，在没跟踪时偶确实也是这么想的，但结果却是……

VC中虚继承的内存布局——单继承
画了个图，简单表示一下我跟踪后的结果

（原配图）虚基础之单继承时的内存布局图（原配图不对）下面是更正图

更正图

class A的情况太简单，没问题。从class B的内存布局图可以得出下面的结论。
1、vf_ptr B放在了类的首部，那么如果要想直接拿memcpy完成类的复制是很危险的，用struct也是不行的。改天再深入学习一下struct 和class的区别，可以看出这里的差别来。
2、vbtbl_ptr_B，为什么不是先前我描述的vbptr_B_A呢？因为这个指针与我先前猜测的内容有很大区别。这个指针指向的是class B的虚类表（嗯，俺自个儿起的名字，实在是学艺不精）。看看VB table，VB table有两项，第一项为FFFFFFFC，这一项的值可能没啥意义，可能是为了保证虚类表不为空吧。第二项为8，看起来像是class B中的class A相对该vbtbl_ptr_B的位移，也就是一个offset。类似的方法在C＋＋ Object Model（P121）有介绍，可以去看看。
class C的内存布局就比较复杂了，不过它的内存布局也更一步说明我对vbtbl_ptr_B中的内容，也就是虚类表的理解是正确的。不过值得关注的是class B中的class A在布局时被移到前面去了，虽然整个大小没变，但这样一来如果做这样的操作 C c; B *b;b=&c;时b的操作如何呢？此时只要从c的虚类表里获得class B的位置既可赋值给b。但是在构建class C时会复杂一些，后面的使用还是非常简单的，效率也比较高。class A的内存布局被前移可能是考虑倒C的虚继承顺序吧。

结论
1、VC在编译时会把vfptr放到类的头部；
2、VC采用虚表指针（vbtbl_ptr）来确定某个类所继承的虚类。
3、VC会重新调整虚继承的父类在子类中内存布局。（具体规则还不清楚）
4、VC中虚类表中的第一项是无意义的，可能是为了保证sizeof（虚类表）!=0;后面的内容为父类在子类中相对该虚类表指针的偏移量。

目前看来虚继承在单一继承时的内存布局还是比较清晰的，不过多重继承呢？这就太bt了，简单的多重继承还没弄清楚呢，再来个虚继承，岂不只有。以后等俺有兴趣的时候，在找这事做吧。