C++ 對象的內存布局(下)

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

(注:看本文的時候由于宿舍快斷電了,來不及細看,所以怕自己忘記,先貼出來.不排除文章有錯誤,大家自己測試一下.)

重復繼承

下面我們再來看看，發生重復繼承的情況。所謂重復繼承，也就是某個基類被間接地重復繼承了多次。

下圖是一個繼承圖，我們重載了父類的f()函數。

其類繼承的源代碼如下所示。其中，每個類都有兩個變量，一個是整形（4字節），一個是字符（1字節），而且還有自己的虛函數，自己overwrite父類的虛函數。如子類D中，f()覆蓋了超類的函數， f1() 和f2() 覆蓋了其父類的虛函數，Df()為自己的虛函數。

#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;
}

下面是對于子類實例中的虛函數表的圖：

我們可以看見，最頂端的父類B其成員變量存在于B1和B2中，并被D給繼承下去了。而在D中，其有B1和B2的實例，于是B的成員在D的實例中存在兩份，一份是B1繼承而來的，另一份是B2繼承而來的。所以，如果我們使用以下語句，則會產生二義性編譯錯誤：

D d;

d.ib = 0; //二義性錯誤

d.B1::ib = 1; //正確

d.B2::ib = 2; //正確

注意，上面例程中的最后兩條語句存取的是兩個變量。雖然我們消除了二義性的編譯錯誤，但B類在D中還是有兩個實例，這種繼承造成了數據的重復，我們叫這種繼承為重復繼承。重復的基類數據成員可能并不是我們想要的。所以，C++引入了虛基類的概念。

鉆石型多重虛擬繼承

虛擬繼承的出現就是為了解決重復繼承中多個間接父類的問題的。鉆石型的結構是其最經典的結構。也是我們在這里要討論的結構：

上述的“重復繼承”只需要把B1和B2繼承B的語法中加上virtual 關鍵，就成了虛擬繼承，其繼承圖如下所示：

上圖和前面的“重復繼承”中的類的內部數據和接口都是完全一樣的，只是我們采用了虛擬繼承：其省略后的源碼如下所示：

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

在查看D之前，我們先看一看單一虛擬繼承的情況。下面是一段在VC++2003下的測試程序：（因為VC++和GCC的內存而局上有一些細節上的不同，所以這里只給出VC++的程序，GCC下的程序大家可以根據我給出的程序自己仿照著寫一個去試一試）：

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 = ";

其運行結果如下（我結出了GCC的和VC++2003的對比）：

這里，大家可以自己對比一下。關于細節上，我會在后面一并再說。

下面的測試程序是看子類D的內存布局，同樣是VC++ 2003的（因為VC++和GCC的內存布局上有一些細節上的不同，而VC++的相對要清楚很多，所以這里只給出VC++的程序，GCC下的程序大家可以根據我給出的程序自己仿照著寫一個去試一試）：

這里，大家可以自己對比一下。關于細節上，我會在后面一并再說。

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