C++多继承虚函数类内部模型结构剖析

最新推荐文章于 2024-08-11 17:35:45 发布

陈覃

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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/chenqin158741019/article/details/44673851

本文通过具体示例对比分析了C++中多继承和虚继承情况下类的内部结构及成员分布特点，展示了虚继承如何避免基类数据成员的重复。

这里主要看看C++在多继承含有虚函数的情况下类的内部成员结构和分布。

类继承体系代码如下，先看看非虚继承的情况：

class Base{
public:
	Base(){}
	virtual ~Base(){}
	virtual void v(){}
	void f(){}
public:
	int data_Base;
};
class Base1 :  public Base{
public:
	Base1(){}
	virtual ~Base1(){}
	virtual void v1(){}
	void f1(){}
public:
	int data_Base1;
};

class Base2 :  public Base{
public:
	Base2(){}
	virtual ~Base2(){}
	virtual void v2(){}
	void f2(){}
public:
	int data_Base2;
};

class Derived : public Base1, public Base2 {
public:
	Derived(){}
	virtual ~Derived(){}
	virtual void v(){}
	virtual void v1(){}
	virtual void v2(){}
	virtual void v3(){}
	void f3(){}
public:
	int data_Derived;
};

使用VS2010提供的Command Prompt工具里的"cld1"命令查看类的结构如下：

由此可以看到，Derived类在内存里由低到高地址存储的分别是：

vfptr（虚函数表指针，包含Derived类新增的虚函数以及重写的或未重写的Base1基类的虚函数）；

data_Base（Base基类的成员变量）；

data_Base1（Base1基类的成员变量）；

vfptr（虚函数表指针，包含Derived类重写的或未重写的Base2基类的虚函数）；

data_Base（Base基类的成员变量）；

data_Base2（Base2基类的成员变量）；

data_Derived（Derived基类的成员变量）；

总共28个字节，以下是测试代码：

int main(void)
{
	Base1 base1;
	Derived derived;
	int *p1 = (int*)(&base1);
	int *p2 = (int*)(&derived);
	derived.data_Base1 = 3;
	derived.data_Base2 = 4;
	derived.Base1::data_Base = 1;
	derived.Base2::data_Base = 2;
	derived.data_Derived = 5;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		cout << hex <<p2<<":"<<hex<<*p2++ << endl;
	}
	cout << "derived size:" <<dec<< sizeof(derived) << endl;
	int a = 0;
	cin >> a;
	return 0;
}

代码打印从Derived实例内存首地址开始的十个整形数据，结果如下：

与上面分析的一致，可以看出Derived包含了基类Base的两份数据，因此需要使用虚继承去掉公共基类的数据重复，加上虚继承后的类代码如下：

class Base{
public:
	Base(){}
	virtual ~Base(){}
	virtual void v(){}
	void f(){}
protected:
	float data_Base;
};
class Base1 : virtual  public Base{
public:
	Base1(){}
	virtual ~Base1(){}
	virtual void v1(){}
	void f1(){}
protected:
	float data_Base1;
};

class Base2 : virtual  public Base{
public:
	Base2(){}
	virtual ~Base2(){}
	virtual void v2(){}
	void f2(){}
protected:
	float data_Base2;
};

class Derived : public Base1, public Base2 {
public:
	Derived(){}
	virtual ~Derived(){}
	virtual void v(){}
	virtual void v1(){}
	virtual void v2(){}
	virtual void v3(){}
	void f3(){}
protected:
	float data_Derived;
};

类结构分析结果如下：

由此可以看到，加上虚继承后Derived类在内存里由低到高地址存储的分别是：

vfptr（虚函数表指针，包含Derived类新增的虚函数以及重写的或为重写的Base1基类的虚函数）；

vbptr（Base1基类指向公共基类成分部分的指针）

data_Base1（Base1基类的成员变量）；

vfptr（虚函数表指针，包含Derived类重写的或未重写的Base2基类的虚函数）；

vbptr（Base2基类指向公共基类成分部分的指针）

data_Base2（Base2基类的成员变量）；

data_Derived（Derived基类的成员变量）；

vtordip（C++虚继承机制历史遗留的成员，始终为0）；

vbptr（虚函数表指针，包含Derived类重写的或未重写的Base基类的虚函数）；

data_Base（Base公用基类的成员变量）

总共40个字节，以下是测试代码：

int main(void)
{
	Base1 base1;
	Derived derived;
	int *p1 = (int*)(&base1);
	int *p2 = (int*)(&derived);
	derived.data_Base1 = 3;
	derived.data_Base2 = 4;
	derived.data_Base = 1;
	derived.data_Derived = 5;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		cout << hex <<p2<<":"<<hex<<*p2++ << endl;
	}
	cout << "derived size:" <<dec<< sizeof(derived) << endl;
	int a = 0;
	cin >> a;
	return 0;
}

OK，与上面分析的一致。