今天重溫C++的知識(shí)，當(dāng)看到虛基類這點(diǎn)的時(shí)候，那時(shí)候也沒有太過追究，就是知道虛基類是消除了類繼承之間的二義性問題而已，可是很是好奇，它是怎么消除的，內(nèi)存布局是怎么分配的呢？于是就深入研究了一下，具體的原理如下所示：

在C++中，obj是一個(gè)類的對(duì)象，p是指向obj的指針，該類里面有個(gè)數(shù)據(jù)成員mem，請(qǐng)問obj.mem和p->mem在實(shí)現(xiàn)和效率上有什么不同。

答案是：只有一種情況下才有重大差異，該情況必須滿足以下3個(gè)條件：

（1）、obj 是一個(gè)虛擬繼承的派生類的對(duì)象

（2）、mem是從虛擬基類派生下來的成員

（3）、p是基類類型的指針

當(dāng)這種情況下，p->mem會(huì)比obj.mem多了兩個(gè)中間層。（也就是說在這種情況下，p->mem比obj.mem要明顯的慢）

WHY？

如果好奇心比較重的話，請(qǐng)往下看 :

1、虛基類的使用，和為多態(tài)而實(shí)現(xiàn)的虛函數(shù)不同，是為了解決多重繼承的二義性問題。

舉例如下：

class A
{
public:
  int a;
};
class B : virtual public A
{
public:
  int b;
};
class C :virtual public A
{
public:
  int c; 
};
class D : public B, public C
{
public:
  int d;
};

上面這種菱形的繼承體系中，如果沒有virtual繼承，那么D中就有兩個(gè)A的成員int a；繼承下來，使用的時(shí)候，就會(huì)有很多二義性。而加了virtual繼承，在D中就只有A的成員int a；的一份拷貝，該拷貝不是來自B，也不是來自C，而是一份單獨(dú)的拷貝，那么，編譯器是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？？

在回答這個(gè)問題之前，先想一下，sizeof(A),sizeof(B),sizeof(C),sizeof(D)是多少？（在32位x86的linux2.6下面，或者在vc2005下面）在linux2.6下面，結(jié)果如下：sizeof(A) = 4; sizeof(B) = 12; sizeof(C) = 12; sizeof(D) = 24;sizeof（B）為什么是12呢，那是因?yàn)槎嗔艘粋€(gè)指針（這一點(diǎn)和虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)一樣），那個(gè)指針是干嘛的呢？

那么sizeof(D)為什么是24呢？那是因?yàn)槌死^承B中的b，C中的c，A中的a,和D自己的成員d之外，還繼承了B，C多出來的2個(gè)指針（B和C分別有一個(gè)）。再?gòu)?qiáng)調(diào)一遍，D中的int a不是來自B也不是來自C，而是另外的一份從A直接靠過來的成員。

如果聲明了D的對(duì)象d： D d；

那么d的內(nèi)存布局如下：

vb_ptr: 繼承自B的指針
int b： 繼承自B公有成員
vc_ptr：繼承自C的指針
int c： 繼承自C的共有成員
int d： D自己的公有成員
int a： 繼承自A的公有成員
 
那么以下的用法會(huì)發(fā)生什么事呢？

D dD;
B *pb = &dD;
pb->a;

上面說過，dD中的int a不是繼承自B的，也不是繼承自C的，那么這個(gè)B中的pb->a又會(huì)怎么知道指向的是dD內(nèi)存中的第六項(xiàng)呢？

那就是指針vb_ptr的妙用了。原理如下：(其實(shí)g++3.4.3的實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜，我不知道是出于什么考慮，而我這里只說原理，所以把過程和內(nèi)容簡(jiǎn)單化了)

首先，vb_ptr指向一個(gè)整數(shù)的地址，里面放的整數(shù)是那個(gè)int a的距離dD開始處的位移（在這里vb_ptr指向的地址里面放的是20，以字節(jié)為單位）。編譯器是這樣做的：

首先，找到vb_ptr(這個(gè)不用找，因?yàn)樵趃++中，vb_ptr就是B*中的第一項(xiàng)，呵呵)，然后取得vb_ptr指向的地址的內(nèi)容（這個(gè)例子是20），最后把這個(gè)內(nèi)容與指針pb相加，就得到pb->a的地址了。

所以說這種時(shí)候，用指針轉(zhuǎn)換多了兩個(gè)中間層才能找到基類的成員，而且是運(yùn)行期間。

由此也可以推知dD中的vb_ptr和vc_ptr的內(nèi)容都是一樣的，都是指向同一個(gè)地址，該地址就放20（在本例中）

如下的語句呢：

A *pa = &dD;
pa->a = 4;

這個(gè)語句不用轉(zhuǎn)換了，因?yàn)榫幾g器在編譯期間就知道他把A中的成員插在dD中的那個(gè)地方了（在本例中是末尾），所以這個(gè)語句中的運(yùn)行效率和dD.a是一樣的（至少也是差不多的）

這就是虛基類實(shí)現(xiàn)的基本原理。

注意的是：那些指針的位置和基類成員在派生類成員中的內(nèi)存布局是不確定的，也就是說標(biāo)準(zhǔn)里面沒有規(guī)定inta必須要放在最后，只不過g++編譯器的實(shí)現(xiàn)而已。c++標(biāo)準(zhǔn)大概只規(guī)定了這套機(jī)制的原理，至于具體的實(shí)現(xiàn)，比如各成員的排放順序和優(yōu)化，由各個(gè)編譯器廠商自己定~

非虛擬繼承：

在派生類對(duì)象里，按照繼承聲明順序依次分布基類對(duì)象，最后是派生類數(shù)據(jù)成員。

若基類聲明了虛函數(shù)，則基類對(duì)象頭部有一個(gè)虛函數(shù)表指針，然后是基類數(shù)據(jù)成員。

在基類虛函數(shù)表中，依次是基類的虛函數(shù)，若某個(gè)函數(shù)被派生類override，則替換為派生類的函數(shù)。

派生類獨(dú)有的虛函數(shù)被加在第一個(gè)基類的虛函數(shù)表后面。

虛擬繼承：

在派生類對(duì)象里，按照繼承聲明順序依次分布非虛基類對(duì)象，然后是派生類數(shù)據(jù)成員，最后是虛基類對(duì)象。

若基類聲明了虛函數(shù)，則基類對(duì)象頭部有一個(gè)虛函數(shù)表指針，然后是基類數(shù)據(jù)成員。

在基類虛函數(shù)表中，依次是基類的虛函數(shù)，若某個(gè)函數(shù)被派生類override，則替換為派生類的函數(shù)。

若直接從虛基類派生的類沒有非虛父類，且聲明了新的虛函數(shù)，則該派生類有自己的虛函數(shù)表，在該派生類頭部；否則派生類獨(dú)有的虛函數(shù)被加在第一個(gè)非虛基類的虛函數(shù)表后面。

直接從虛基類派生的類內(nèi)部還有一個(gè)虛基類表指針（一個(gè)隱藏的“虛基類表指針”成員，指向一個(gè)虛基類表），在數(shù)據(jù)成員之前，非虛基類對(duì)象之后（若有的話）。

虛基類表中第一個(gè)值是該虛基類表到派生類起始地址的偏移；之后的值依次是該派生類的虛基類到該表位置的地址偏移（虛基類對(duì)象的地址與派生類的“虛基類表指針”之間的偏移量）。

對(duì)于虛函數(shù)表指針和虛基類表指針：

當(dāng)單繼承且非虛繼承時(shí)：每個(gè)含有虛函數(shù)的表只有一個(gè)虛函數(shù)表，所以只需要一個(gè)虛表指針即可；

當(dāng)多繼承且非虛繼承時(shí)：一個(gè)子類有幾個(gè)父類則會(huì)有幾個(gè)虛函數(shù)表，所以就有和父類個(gè)數(shù)相同的虛表指針來標(biāo)識(shí)；

總之，當(dāng)時(shí)非虛繼承時(shí)，不需要額外增加虛函數(shù)表指針。

當(dāng)虛繼承時(shí)：無論是單虛繼承還是多虛繼承，需要有一個(gè)虛基類表來記錄虛繼承關(guān)系，所以此時(shí)子類需要多一個(gè)虛基類表指針；而且只需要一個(gè)即可。

當(dāng)虛繼承時(shí)可能出現(xiàn)一個(gè)類中持有多個(gè)虛函數(shù)表的情況：無論是單虛繼承還是多虛繼承，

如果子類沒有構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)，且子類中的虛函數(shù)都是在父類中出現(xiàn)的虛函數(shù)，這個(gè)時(shí)候不需要增加任何虛表指針；只需要像多繼承那個(gè)持有父類個(gè)數(shù)的虛表指針來標(biāo)識(shí)即可；

如果子類中含有構(gòu)造函數(shù)或者析構(gòu)函數(shù)或二者都有，則在子類中只要每出現(xiàn)一個(gè)父類中的虛函數(shù)則需要增加一個(gè)虛函數(shù)表指針來標(biāo)識(shí)此類的虛函數(shù)表；

無論是否含有構(gòu)造函數(shù)或者虛構(gòu)函數(shù)，只要繼承都是虛繼承且出現(xiàn)了父類中沒有出現(xiàn)的虛函數(shù)，則在子類中需要再增加一個(gè)徐函數(shù)表指針；如果其中有一個(gè)是非虛繼承，則按照最省空間的原則，不需要增加虛函數(shù)表指針，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候可以和非虛基類共享一個(gè)虛函數(shù)表指針。

以上就是小編為大家?guī)淼脑斦凜++中虛基類在派生類中的內(nèi)存布局全部?jī)?nèi)容了，希望大家多多支持我們~