C++多态多重继承与虚继承结合时对内存布局(sizeof)的影响

最新推荐文章于 2021-02-24 14:06:21 发布
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版权

参考文献：《深度探索C++对象模型》

                     https://bbs.youkuaiyun.com/topics/390083150

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运行平台：Visual Studio 2015（32bits）

我在上一篇博客（https://blog.youkuaiyun.com/m0_38014304/article/details/84286266）(看了这一篇就不用看上一篇了)中探讨了C++中虚继承对类的sizeof大小的影响，而当虚继承与多重继承、多态联系在一起时，其sizeof的结果使得我又产生了困惑。这次我关于类中编译器附加的“虚函数表指针”和“虚基类指针”进行了相关研究，主要针对存在多态的虚继承的对象模型，在此特别感谢大佬（https://blog.youkuaiyun.com/u011841639/article/details/39156347）所给的启发，我们开始吧。

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GeniusAng的博客
06-22 1043
施磊C++语言基础提高课程笔记，包括了虚基类和虚继承、菱形继承的问题、C++语言级别提供的四种类型转换方式
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路漫漫其修远兮
07-17 681
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C++多重继承类内存布局
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多重继承 内存布局 1 继承的基类(带虚表的)有几个,派生类就有几张虚表 2 内存布局按照继承顺序 3 派生类新增的虚函数在第一个虚表里 class Base0 { public: int a0; }; class Base1:public Base0 { public: int a1; virtual void f1(){ } }; class Base2 { public: int a2; virtual void f2(){} }; class
虚函数、虚继承对sizeof的影响
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04-19 2650
虚函数、虚继承对sizeof的影响 1、一个空类的大小 代码如下： #include using namespace std; class A { }; int main() { cout << "A size = " << sizeof(A) << endl; return 0; } 输出结果为： 分析：空类大小为1，编译器安插一个char给空类，用来标记它的每
你所不知到的C++ 之 多重继承
doon的专栏
03-25 1200
1. C++中class与struct。 在C++里面，class与struct没有本质的区别，只是class的默认权限是private，而struct则是public。这个概念也揭示了一点：class和struct在内部存储结构上是一致的。所以我们可以利用这一点来探讨class的实现原理。我们可以将class转换成对应的struct对象，通过struct的简单性来展示class的内存存储结构。
求助sizeof类，多重继承，混合继承
zhubo22的专栏
09-24 587
(1)下面的程序的输出结果为什么是 19,18？ class R{}; class Ir1:public R{public:char r1[16];}; class Ir2:public R{}; class Ir3:public R{}; class Ir4:public R{}; class C1{char c1[16];}; class C2{}; class C3{};
多继承sizeof的求解
05-19 702
#include "stdafx.h" #include using namespace std; class A { int a; virtual ~A(){} }; class B:public A{ virtual void myfunB(){} }; class C:public A{ virtual void myfunC(){} }; class D:public B,public
【C++】虚函数与虚拟继承的内存布局规则
bale的博客
08-03 1167
在很多面试或口试题中经常涉及到类，而这其中又不得不说类的继承，虚继承，虚函数等问题，所以涉及到了类的内存布局，其中关于虚拟继承（virtual public）这个话题比较难以懂得，而且不同的编译器环境可能实现的类的内存布局不同，所以本文仅在vs2013编译环境下调试，如果你在像gcc这样的编译器中调试结果会不同(gcc中会把虚基指针和虚函数指针合并)。 首先我们要区分虚函数和虚拟继承： 虚拟继承和...
C++ 类 sizeof 计算大小 虚函数 虚继承 虚基类 虚函数表
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09-15 2839
文章目录c++类的大小计算关于类/对象大小的计算一.简单情况的计算二.空类的大小三.含有虚函数成员（1）在派生类中不对基类的虚函数进行覆盖，同时派生类中还拥有自己的虚函数在派生类中对基类的虚函数进行覆盖（3）多继承：无虚函数覆盖（4）多重继承，含虚函数覆盖四.虚继承的情况 c++类的大小计算 c++中类所占的大小计算并没有想象中那么简单，因为涉及到虚函数成员，静态成员，虚继承，多继承以及空类等，不同情况有对应的计算方式，在此对各种情况进行总结。 首先要明确一个概念，平时所声明的类只是一种类型定义，它本身是没
c++多重继承、多态
人不寐
05-08 656
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C++多重继承及多态性原理实例详解
08-18
主要介绍了C++多重继承及多态性原理实例详解,文中通过示例代码介绍的非常详细，对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下
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c++多态实现原理
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<think>嗯，用户想了解C++中多态的实现原理，特别是虚函数表和虚函数指针的部分。首先，我需要回忆一下多态的基本概念。多态分为编译时多态和运行时多态，这里应该是指运行时多态，也就是通过虚函数实现的动态绑定。 根据用户提供的引用资料，引用1提到每个包含虚函数的类都有一个虚函数表（VTable），编译器会把虚函数表的指针放在对象实例的最前面。引用2则详细说明了虚函数表是函数指针数组，每个元素对应虚函数的地址，并且类中存在虚函数时，对象大小会增加4字节（32位系统），也就是一个指针的大小。 接下来需要整理这些信息，分步骤解释多态的实现机制。首先，虚函数表的结构，每个类有一个，存储虚函数地址。然后，对象实例中的虚函数表指针（vptr），指向对应的vtable。当调用虚函数时，通过vptr找到vtable，再找到对应的函数地址，实现动态绑定。 需要注意的是，用户可能对虚函数表的内存布局不太清楚，可以结合引用的例子，比如CTest类的大小变化，说明vptr的存在。此外，可能需要解释继承情况下的虚函数表，比如派生类如何覆盖虚函数，以及多重继承下的情况，不过用户的问题可能更关注基础的单继承情况。 另外，用户可能想知道为什么虚函数能够实现多态，这里需要强调动态绑定和静态绑定的区别。普通函数调用在编译时确定地址，而虚函数在运行时通过vtable查找，这才能实现根据对象类型调用正确的函数。 还需要注意代码示例是否必要，用户提供的引用中有C++代码，可以引用来说明类的结构，但用户的问题是关于原理，可能需要用更简洁的示例或者描述来解释。 最后，生成相关问题时要围绕多态、虚函数表、内存布局、性能影响等方面提问，确保问题有助于用户深入理解。</think>### C++多态的实现原理 #### 1. 虚函数表（vtable）的核心作用 每个包含虚函数的类都会自动生成一个**虚函数表**（Virtual Table），这个表本质上是一个**函数指针数组**。数组中每个元素对应类中虚函数的地址，例如： ```cpp class Animal { public: virtual void speak() { cout << "Animal sound" << endl; } virtual ~Animal() {} }; ``` 此时`Animal`类的虚函数表中包含`speak()`和析构函数的地址[^2]。 #### 2. 虚函数指针（vptr）的内存布局 当类包含虚函数时： - 编译器会在**每个对象实例头部**插入一个隐藏的虚函数表指针（vptr） - 该指针指向对应类的虚函数表 - 验证方法： ```cpp cout << sizeof(Animal) << endl; // 输出4（32位系统）或8（64位系统） ``` 当类没有虚函数时，对象大小为1字节（空对象占位符），添加虚函数后大小变为指针尺寸。 #### 3. 多态调用过程 ```cpp Animal* animal = new Dog(); animal->speak(); // 动态绑定到Dog::speak() ``` 具体执行步骤： 1. 通过对象地址找到vptr 2. 通过vptr访问虚函数表 3. 在虚函数表中找到speak()的偏移位置 4. 调用对应的函数指针 #### 4. 继承体系下的虚函数表 当存在继承关系时： ```cpp class Dog : public Animal { public: void speak() override { cout << "Woof!" << endl; } }; ``` - `Dog`类会复制父类的虚函数表 - 覆盖重写的虚函数条目 - 新增的虚函数会追加到虚函数表末尾 #### 5. 虚函数表特性总结 | 特性 | 说明 | |-----------------------|----------------------------------------------------------------------| | 编译期生成 | 每个类有且仅有一个虚函数表 | | 内存位置 | 通常存储在程序的只读数据段 | | 动态绑定成本 | 多一次指针解引用操作（约2-3个CPU周期） | | 多重继承 | 每个基类对应独立的虚函数表指针 |
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