C++ 对象的内存布局(下)

原文地址：http://blog.csdn.net/haoel/article/details/3081385

(注:看本文的时候由于宿舍快断电了,来不及细看,所以怕自己忘记,先贴出来.不排除文章有错误,大家自己测试一下.)

重复继承

下面我们再来看看，发生重复继承的情况。所谓重复继承，也就是某个基类被间接地重复继承了多次。

下图是一个继承图，我们重载了父类的f()函数。

其类继承的源代码如下所示。其中，每个类都有两个变量，一个是整形（4字节），一个是字符（1字节），而且还有自己的虚函数，自己overwrite父类的虚函数。如子类D中，f()覆盖了超类的函数， f1() 和f2() 覆盖了其父类的虚函数，Df()为自己的虚函数。

#include <iostream>
using namespace std;class B
{
public:int ib;char cb;
public:B():ib(0),cb('B') {}virtual void f() { cout << "B::f()" << endl;}virtual void Bf() { cout << "B::Bf()" << endl;}
};
class B1 :  public B
{
public:int ib1;char cb1;
public:B1():ib1(11),cb1('1') {}virtual void f() { cout << "B1::f()" << endl;}virtual void f1() { cout << "B1::f1()" << endl;}virtual void Bf1() { cout << "B1::Bf1()" << endl;}};
class B2:  public B
{
public:int ib2;char cb2;
public:B2():ib2(12),cb2('2') {}virtual void f() { cout << "B2::f()" << endl;}virtual void f2() { cout << "B2::f2()" << endl;}virtual void Bf2() { cout << "B2::Bf2()" << endl;}};class D : public B1, public B2
{
public:int id;char cd;
public:D():id(100),cd('D') {}virtual void f() { cout << "D::f()" << endl;}virtual void f1() { cout << "D::f1()" << endl;}virtual void f2() { cout << "D::f2()" << endl;}virtual void Df() { cout << "D::Df()" << endl;}};int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{typedef void(*Fun)(void);int** pVtab = NULL;Fun pFun = NULL;D d;pVtab = (int**)&d;cout << "[0] D::B1::_vptr->" << endl;pFun = (Fun)pVtab[0][0];cout << "     [0] ";    pFun();pFun = (Fun)pVtab[0][1];cout << "     [1] ";    pFun();pFun = (Fun)pVtab[0][2];cout << "     [2] ";    pFun();pFun = (Fun)pVtab[0][3];cout << "     [3] ";    pFun();pFun = (Fun)pVtab[0][4];cout << "     [4] ";    pFun();pFun = (Fun)pVtab[0][5];cout << "     [5] 0x" << pFun << endl;cout << "[1] B::ib = " << (int)pVtab[1] << endl;cout << "[2] B::cb = " << (char)pVtab[2] << endl;cout << "[3] B1::ib1 = " << (int)pVtab[3] << endl;cout << "[4] B1::cb1 = " << (char)pVtab[4] << endl;cout << "[5] D::B2::_vptr->" << endl;pFun = (Fun)pVtab[5][0];cout << "     [0] ";    pFun();pFun = (Fun)pVtab[5][1];cout << "     [1] ";    pFun();pFun = (Fun)pVtab[5][2];cout << "     [2] ";    pFun();pFun = (Fun)pVtab[5][3];cout << "     [3] ";    pFun();pFun = (Fun)pVtab[5][4];cout << "     [4] 0x" << pFun << endl;cout << "[6] B::ib = " << (int)pVtab[6] << endl;cout << "[7] B::cb = " << (char)pVtab[7] << endl;   cout << "[8] B2::ib2 = " << (int)pVtab[8] << endl;cout << "[9] B2::cb2 = " << (char)pVtab[9] << endl;cout << "[10] D::id = " << (int)pVtab[10] << endl;cout << "[11] D::cd = " << (char)pVtab[11] << endl;return 0;
}

下面是对于子类实例中的虚函数表的图：

我们可以看见，最顶端的父类B其成员变量存在于B1和B2中，并被D给继承下去了。而在D中，其有B1和B2的实例，于是B的成员在D的实例中存在两份，一份是B1继承而来的，另一份是B2继承而来的。所以，如果我们使用以下语句，则会产生二义性编译错误：

D d;

d.ib = 0; //二义性错误

d.B1::ib = 1; //正确

d.B2::ib = 2; //正确

注意，上面例程中的最后两条语句存取的是两个变量。虽然我们消除了二义性的编译错误，但B类在D中还是有两个实例，这种继承造成了数据的重复，我们叫这种继承为重复继承。重复的基类数据成员可能并不是我们想要的。所以，C++引入了虚基类的概念。

钻石型多重虚拟继承

虚拟继承的出现就是为了解决重复继承中多个间接父类的问题的。钻石型的结构是其最经典的结构。也是我们在这里要讨论的结构：

上述的“重复继承”只需要把B1和B2继承B的语法中加上virtual 关键，就成了虚拟继承，其继承图如下所示：

上图和前面的“重复继承”中的类的内部数据和接口都是完全一样的，只是我们采用了虚拟继承：其省略后的源码如下所示：

class B {……};
class B1 : virtual public B{……};
class B2: virtual public B{……};
class D : public B1, public B2{ …… };

在查看D之前，我们先看一看单一虚拟继承的情况。下面是一段在VC++2003下的测试程序：（因为VC++和GCC的内存而局上有一些细节上的不同，所以这里只给出VC++的程序，GCC下的程序大家可以根据我给出的程序自己仿照着写一个去试一试）：

int** pVtab = NULL;Fun pFun = NULL;B1 bb1;pVtab = (int**)&bb1;cout << "[0] B1::_vptr->" << endl;pFun = (Fun)pVtab[0][0];cout << "     [0] ";pFun(); //B1::f1();cout << "     [1] ";pFun = (Fun)pVtab[0][1];pFun(); //B1::bf1();cout << "     [2] ";cout << pVtab[0][2] << endl;cout << "[1] = 0x";cout << (int*)*((int*)(&bb1)+1) <<endl; //B1::ib1cout << "[2] B1::ib1 = ";cout << (int)*((int*)(&bb1)+2) <<endl; //B1::ib1cout << "[3] B1::cb1 = ";cout << (char)*((int*)(&bb1)+3) << endl; //B1::cb1cout << "[4] = 0x";cout << (int*)*((int*)(&bb1)+4) << endl; //NULLcout << "[5] B::_vptr->" << endl;pFun = (Fun)pVtab[5][0];cout << "     [0] ";pFun(); //B1::f();pFun = (Fun)pVtab[5][1];cout << "     [1] ";pFun(); //B::Bf();cout << "     [2] ";cout << "0x" << (Fun)pVtab[5][2] << endl;cout << "[6] B::ib = ";cout << (int)*((int*)(&bb1)+6) <<endl; //B::ibcout << "[7] B::cb = ";

其运行结果如下（我结出了GCC的和VC++2003的对比）：

这里，大家可以自己对比一下。关于细节上，我会在后面一并再说。

下面的测试程序是看子类D的内存布局，同样是VC++ 2003的（因为VC++和GCC的内存布局上有一些细节上的不同，而VC++的相对要清楚很多，所以这里只给出VC++的程序，GCC下的程序大家可以根据我给出的程序自己仿照着写一个去试一试）：

这里，大家可以自己对比一下。关于细节上，我会在后面一并再说。

D d;pVtab = (int**)&d;cout << "[0] D::B1::_vptr->" << endl;pFun = (Fun)pVtab[0][0];cout << "     [0] ";    pFun(); //D::f1();pFun = (Fun)pVtab[0][1];cout << "     [1] ";    pFun(); //B1::Bf1();pFun = (Fun)pVtab[0][2];cout << "     [2] ";    pFun(); //D::Df();pFun = (Fun)pVtab[0][3];cout << "     [3] ";cout << pFun << endl;//cout << pVtab[4][2] << endl;cout << "[1] = 0x";cout <<  (int*)((&dd)+1) <<endl; //????cout << "[2] B1::ib1 = ";cout << *((int*)(&dd)+2) <<endl; //B1::ib1cout << "[3] B1::cb1 = ";cout << (char)*((int*)(&dd)+3) << endl; //B1::cb1//---------------------cout << "[4] D::B2::_vptr->" << endl;pFun = (Fun)pVtab[4][0];cout << "     [0] ";    pFun(); //D::f2();pFun = (Fun)pVtab[4][1];cout << "     [1] ";    pFun(); //B2::Bf2();pFun = (Fun)pVtab[4][2];cout << "     [2] ";cout << pFun << endl;cout << "[5] = 0x";cout << *((int*)(&dd)+5) << endl; // ???cout << "[6] B2::ib2 = ";cout << (int)*((int*)(&dd)+6) <<endl; //B2::ib2cout << "[7] B2::cb2 = ";cout << (char)*((int*)(&dd)+7) << endl; //B2::cb2cout << "[8] D::id = ";cout << *((int*)(&dd)+8) << endl; //D::idcout << "[9] D::cd = ";cout << (char)*((int*)(&dd)+9) << endl;//D::cdcout << "[10]  = 0x";cout << (int*)*((int*)(&dd)+10) << endl;//---------------------cout << "[11] D::B::_vptr->" << endl;pFun = (Fun)pVtab[11][0];cout << "     [0] ";    pFun(); //D::f();pFun = (Fun)pVtab[11][1];cout << "     [1] ";    pFun(); //B::Bf();pFun = (Fun)pVtab[11][2];cout << "     [2] ";cout << pFun << endl;cout << "[12] B::ib = ";cout << *((int*)(&dd)+12) << endl; //B::ibcout << "[13] B::cb = ";cout << (char)*((int*)(&dd)+13) <<endl;//B::cb