C++ 虚继承 虚函数 内存分布

两种实现：http://blog.youkuaiyun.com/bluedog/article/details/4711169

虚继承：http://www.oschina.net/translate/cpp-virtual-inheritance

虚函数：http://my.oschina.net/pathenon/blog/67072

当c++支持virtual base class 时，就会多了一些额外负担，当class 中内含一个或多个virtual base class subobject时，将分成两个部分，一个不变局部和一个共享局部。最初的方案是为每一个虚基类安插一个指针指向这个虚基类，其缺点是为了负担太重，而且当虚继承链加长时，导致间接存取时间加长（需通过多次跳转）。因此有两种解决方案（《深入》一书中所提)：

一、是引入virtual base class table,不管多少个虚基类，总是只有一个指针指向它，这个virtual base class table(VBTBL)包括真正的 virtual base class 指针。

二、Bjarne的办法是在virtual function table中放置virtual base class的offset，而非地址,这个offset在virtual function table 的负位置(正值是索引virtual function，而负值则方向盘引到virtual base class offsets)。

code blocks中第二种方法Bjarne

struct B1

{

    int a;

    int b;

};

struct B2

{

    virtual void foo(void);

    int c;

    int d;

};

 

struct Test : virtual public B1, virtual public B2

{

    virtual void func1(void);

    virtual void func2(void);

    virtual void func3(void);

    int X;

};

在本文中，我们解释由gcc编译器实现多继承和虚继承的对象的布局。虽然在理想的C++程序中不需要知道这些编译器内部细节，但不幸的是多重继承（特别是虚拟继承）的实现方式有各种各样的不太明确的结论（尤其是，关于向下转型指针，使用指向指针的指针，还有虚拟基类的构造方法的调用命令）。 如果你了解多重继承是如何实现的，你就能预见到这些结论并运用到你的代码中。而且，如果你关心性能，理解虚拟继承的开销也是非常有用的。最后，这很有趣。 :-)

zaobao 翻译于 1年前 0人顶 顶 翻译的不错哦!

多重继承 首先我们考虑一个（非虚拟）多重继承的相对简单的例子。看看下面的C++类层次结构。 ? 1 2 3 4 5 6 7 8 9 class Top { public : int a; }; class Left : public Top { public : int b; }; class Right : public Top { public : int c; }; class Bottom : public Left, public Right { public : int d; }; 使用UML图，我们可以把这个层次结构表示为： 注意Top被继承了两次（在Eiffel语言中这被称作重复继承）。这意味着类型Bottom的一个实例bottom将有两个叫做a的元素（分别为bottom.Left::a和bottom.Right::a）。

Ley 翻译于 1年前 0人顶 顶 翻译的不错哦!

Left、Right和Bottom在内存中是如何布局的？让我们先看一个简单的例子。Left和Right拥有如下的结构： Left Top::a Left::b    Right     Top::a     Right::c 请注意第一个属性是从Top继承下来的。这意味着在下面两条语句后 ? 1 2 Left* left = <b> new </b> Left(); Top* top = left; left和top指向了同一地址，我们可以把Left Object当成Top Object来使用(很明显，Right与此也类似)。那Buttom呢？GCC的建议如下： Bottom         Left::Top::a Left::b Right::Top::a Right::c Bottom::d 如果我们提升Bottom指针，会发生什么事呢？ ? 1 2 Bottom* bottom = <b> new </b> Bottom(); Left* left = bottom; 这段代码工作正常。我们可以把一个Bottom的对象当作一个Left对象来使用，因为两个类的内存部局是一样的。那么，如果将其提升为Right呢？会发生什么事？ ? 1 Right* right = bottom; 为了执行这条语句，我们需要判断指针的值以便让它指向Bottom中对应的段。   Bottom   Left::Top::a   Left::b right  Right::Top::a   Right::c   Bottom::d 经过这一步，我们可以像操作正常Right对象一样使用right指针访问bottom。虽然，bottom与right现在指向两个不同的内存地址。出于完整性的缘故，思考一下执行下面这条语句时会出现什么状况。 ? 1 Top* top = bottom; 是的，什么也没有。这条语句是有歧义的：编译器将会报错。 ? 1 error: `Top ' is an ambiguous base of `Bottom' 两种方式可以避免这样的歧义 ? 1 2 Top* topL = (Left*) bottom; Top* topR = (Right*) bottom; 执行这两条语句后，topL和left会指向同样的地址，topR和right也会指向同样的地址。

Aaron_Lim 翻译于 1年前 1人顶 顶 翻译的不错哦!

虚拟继承 为了避免重复继承Top，我们必须虚拟继承Top： ? 1 2 3 4 5 6 7 8 9 class Top { public : int a; }; class Left : virtual public Top { public : int b; }; class Right : virtual public Top { public : int c; }; class Bottom : public Left, public Right { public : int d; }; 这就得到了如下的层次结构（也许是你一开始就想得到的） 虽然从程序员的角度看，这也许更加的明显和简便，但从编译器的角度看，这就变得非常的复杂。重新考虑下Bottom的布局，其中的一个（也许没有）可能是： Bottom Left::Top::a Left::b Right::c Bottom::d

Ley 翻译于 1年前 0人顶 顶 翻译的不错哦!

这个布局的优点是，布局的第一部分与Left的布局重叠了，这样我们就可以很容易的通过一个Left指针访问 Bottom类。可是我们怎么处理 ? 1 Right* right = bottom; 我们将哪个地址赋给right呢? 经过这个赋值，如果right是指向一个普通的Right对象，我们应该就能使用 right了。但是这是不可能的！Right本身的内存布局是完全不同的，这样我们就无法像访问一个"真正的"Right对象一样，来访问升级的Bottom对象。而且，也没有其它（简单的）可以正常运作的Bottom布局。 解决办法是复杂的。我们先给出解决方案，之后再来解释它。 你应该注意到了这个图中的两个地方。第一，字段的顺序是完全不同的（事实上，差不多是相反的）。第二，有几个vptr指针。这些属性是由编译器根据需要自动插入的（使用虚拟继承，或者使用虚拟函数的时候）。编译器也在构造器中插入了代码，来初始化这些指针。

super0555 翻译于 1年前 0人顶 顶 翻译的不错哦!

vptr (virtual pointers)指向一个 “虚拟表”。类的每个虚拟基类都有一个vptr指针。要想知道这个虚拟表 (vtable)是怎样运用的，看看下面的C++ 代码。 ? 1 2 Bottom* bottom = <b> new </b> Bottom(); Left* left = bottom; <b> int </b> p = left->a; 第二个赋值使left指向了bottom的所在地址（即，它指向了Bottom对象的“顶部”）。我们想想最后一条赋值语句的编译情况（稍微简化了）： ? 1 2 3 4 5 6 movl left, %eax # %eax = left movl (%eax), %eax # %eax = left.vptr.Left movl (%eax), %eax # %eax = virtual base offset addl left, %eax # %eax = left + virtual base offset movl (%eax), %eax # %eax = left.a movl %eax, p # p = left.a 用语言来描述的话，就是我们用left指向虚拟表，并且由它获得了“虚拟基类偏移”(vbase)。这个偏移之后就加到了left，然后left就用来指向Bottom对象的Top部分。从这张图你可以看到Left的虚拟基类偏移是20；如果假设Bottom中的所有字段都是4个字节，那么给left加上20字节将会确实指向a字段。

super0555 翻译于 1年前 0人顶 顶 翻译的不错哦!

经过这个设置，我们就可以同样的方法访问Right部分。按这样

?

1 2	Bottom* bottom = <b> new </b> Bottom(); Right* right = bottom; <b> int </b> p = right->a;

之后right将指向Bottom对象的合适的部位：

	Bottom
	vptr.Left
	Left::b
right	vptr.Right
	Right::c
	Bottom::d
	Top::a

对top的赋值现在可以编译成像前面Left同样的方式。唯一的不同就是现在的vptr是指向了虚拟表的不同部位：取得的虚拟表偏移是12，这完全正确（确定！）。我们可以将其图示概括：

当然，这个例子的目的就是要像访问真正Right对象一样访问升级的Bottom对象。因此，我们必须也要给Right（和Left）布局引入vptrs：

现在我们就可以通过一个Right指针，一点也不费事的访问Bottom对象了。不过，这是付出了相当大的代价：我们要引入虚拟表，类需要扩展一个或更多个虚拟指针，对一个对象的一个简单属性的查询现在需要两次间接的通过虚拟表（即使编译器某种程度上可以减小这个代价）。