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C++虚继承内存布局详解

2023-07-01 09:41:47 深夜i -- --

C++ 虚继承内存布局

C++ 是一种强大的编程语言，其中的虚继承是其一个重要的特性。虚继承允许一个类拥有多个基类，而这些基类中可能存在重叠的成员。在虚继承中，派生类只会保留一个基类的副本，从而避免了多重继承可能带来的二义性。然而，虚继承在内存布局上也有一些特殊的规则需要注意。

首先，我们来看一个虚继承的例子：


class BaseA
public:
  int a;
;
class BaseB
public:
  int b;
;
class Derived : public virtual BaseA, public virtual BaseB
public:
  int c;
;

在这个例子中，`Derived` 类继承了两个基类 `BaseA` 和 `BaseB`，同时使用了虚继承的方式。为了避免二义性，我们在基类之间使用了关键字 `virtual`。这意味着 `Derived` 类只会有 `BaseA` 和 `BaseB` 中的一个副本，而不是分别继承两个。

为了更好地理解虚继承的内存布局，我们可以使用一个工具来查看对象的内存布局。在 Windows 平台上，Visual Studio 中的“内存窗口”可以实现这一功能。在 Linux 平台上，您可以使用 GDB 进行类似的操作。

例如，在 Visual Studio 中，我们可以在调试时打开“内存窗口”，然后输入对象的地址，即可查看该对象的内存布局。对于上面的例子，我们可以在程序中加入以下代码：


Derived d;
&d;

然后在 Visual Studio 中打开“内存窗口”，输入 `&d`，即可看到 `Derived` 对象的内存布局。根据上面的代码，我们可以看到如下的结果：


 +-------------+-------------+
 | vptr    | c      |
 +-------------+-------------+
 | vptr(BaseA) | a      |
 +-------------+-------------+
 | vptr(BaseB) | b      |
 +-------------+-------------+

可以看到，`Derived` 类的内存布局中包含了三个部分，分别是：

- 存储虚函数表指针的部分（在这个例子中，被称为“vptr”）。

- 存储 `Derived` 类自有成员变量的部分（在这个例子中，包含一个 `int c`）。

- 存储基类成员变量的部分。

关于第一部分，虚函数表指针是用于实现 C++ 的运行时多态机制的关键。每个虚继承的基类都会在对象的内存布局中有一个独立的虚函数表指针，该指针指向基类的虚函数表。此外，由于 `Derived` 类自身也是一个虚继承类，因此也会有一个虚函数表指针，指向 `Derived` 类的虚函数表。虚函数表指针的内存布局顺序与虚继承基类的声明顺序一致。

关于第二部分，该部分存储了 `Derived` 类自有的成员变量。在这个例子中，只有一个 `int c` 变量，因此此处只有一个数据成员。

关于第三部分，虚继承的基类成员变量在对象的内存布局中只存在一个副本，该部分会在虚函数表指针之后以与声明顺序相反的顺序存储。在这个例子中，首先存储了 `BaseB` 中的成员变量 `b`，然后再存储了 `BaseA` 中的成员变量 `a`。

总之，虚继承是 C++ 中一个非常重要的特性，可以避免多重继承可能带来的二义性。然而，虚继承的内存布局也需要特殊的注意，以便更好地理解和操作虚继承的类。

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