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虚函数及继承 2011-07-01
16:02:46

分类： C/C++

1、空类，空类单继承，空类多继承的sizeof

#include <iostream>

using namespace std;

class Base1

{

};

class Base2

{

};

class Derived1:public Base1

{

};

class Derived2:public Base1, public Base2

{

};

int main()

{

Base1 b1;

Base2 b2;

Derived1 d1;

Derived2 d2;

cout<<"sizeof(Base1) = "<<sizeof(Base1)<<"
sizeof(b1) = "<<sizeof(b1)<<endl;

cout<<"sizeof(Base2) = "<<sizeof(Base2)<<"
sizeof(b2) = "<<sizeof(b2)<<endl;

cout<<"sizeof(Derived1) = "<<sizeof(Derived1)<<"
sizeof(d1) = "<<sizeof(d1)<<endl;

cout<<"sizeof(Derived2) = "<<sizeof(Derived2)<<"
sizeof(d1) = "<<sizeof(d1)<<endl;

return 0;

}

结果为：
sizeof(Base1) = 1 sizeof(b1) = 1

sizeof(Base2) = 1 sizeof(b2) = 1

sizeof(Derived1) = 1 sizeof(d1) = 1

sizeof(Derived2) = 1 sizeof(d1) = 1

可以看出所有的结果都是1。

2、含有虚函数的类以及虚继承类的sizeof
虚函数（Virtual
Function）是通过一张虚函数表（Virtual Table）来实现的。编译器必需要保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置（这是为了保证正确取到虚函数的偏移量）。

假设我们有这样的一个类：

class Base {

public:

virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }

virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }

virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }

};

当我们定义一个这个类的实例，Base b时，其b中成员的存放如下：



指向虚函数表的指针在对象b的最前面。

虚函数表的最后多加了一个结点，这是虚函数表的结束结点，就像字符串的结束符“\0”一样，其标志了虚函数表的结束。这个结束标志的值在不同的编译器下是不同的。在WinXP+VS2003下，这个值是NULL。而在Ubuntu
7.10 + Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3下，这个值是如果1，表示还有下一个虚函数表，如果值是0，表示是最后一个虚函数表。

因为对象b中多了一个指向虚函数表的指针，而指针的sizeof是4，因此含有虚函数的类或实例最后的sizeof是实际的数据成员的sizeof加4。

下面将讨论针对基类含有虚函数的继承讨论

（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，比如有如下的派生类：

class Derived: public Base

{

public:

virtual void f1() { cout << "Derived::f1" << endl; }

virtual void g1() { cout << "Derived::g1" << endl; }

virtual void h1() { cout << "Derived::h1" << endl; }

};

基类和派生类的关系如下：





当定义一个Derived的对象d后，其成员的存放如下：





可以发现：

1）虚函数按照其声明顺序放于表中。

2）父类的虚函数在子类的虚函数前面。

此时基类和派生类的sizeof都是数据成员的sizeof加4。

（2）在派生类中对基类的虚函数进行覆盖，假设有如下的派生类：

class Derived: public Base

{

public:

virtual void f() { cout << "Derived::f" << endl; }

virtual void g1() { cout << "Derived::g1" << endl; }

virtual void h1() { cout << "Derived::h1" << endl; }

};

基类和派生类之间的关系：其中基类的虚函数f在派生类中被覆盖了





当我们定义一个派生类对象d后，其d的成员存放为：





可以发现：

1）覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。

2）没有被覆盖的函数依旧。

这样，我们就可以看到对于下面这样的程序，

Base *b = new Derive();

b->f();

由b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被Derive::f()函数地址所取代，于是在实际调用发生时，是Derive::f()被调用了。这就实现了多态。

（3）多继承：无虚函数覆盖

假设基类和派生类之间有如下关系：





对于子类实例中的虚函数表，是下面这个样子：



我们可以看到：

1） 每个父类都有自己的虚表。

2） 子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。（所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的）

由于每个基类都需要一个指针来指向其虚函数表，因此d的sizeof等于d的数据成员加3*4=12。

（4）多重继承，含虚函数覆盖

假设，基类和派生类又如下关系：派生类中覆盖了基类的虚函数f





下面是对于子类实例中的虚函数表的图：



我们可以看见，三个父类虚函数表中的f()的位置被替换成了子类的函数指针。这样，我们就可以任一静态类型的父类来指向子类，并调用子类的f()了。如：

Derive d;

Base1 *b1 = &d;

Base2 *b2 = &d;

Base3 *b3 = &d;

b1->f(); //Derive::f()

b2->f(); //Derive::f()

b3->f(); //Derive::f()

b1->g(); //Base1::g()

b2->g(); //Base2::g()

b3->g(); //Base3::g()

3、一个关于含虚函数及虚继承的sizeof计算

#include <iostream>

using namespace std;

class Base

{

public:

virtual void f();

virtual void g();

virtual void h();

};

class Derived1: public Base

{

public:

virtual void f1();

virtual void g1();

virtual void h1();

};

class Derived2:public Base

{

public:

virtual void f();

virtual void g1();

virtual void h1();

};

class Derived3:virtual public Base

{

public:

virtual void f1();

virtual void g1();

virtual void h1();

};

class Derived4:virtual public Base

{

public:

virtual void f();

virtual void g1();

virtual void h1();

};

class Derived5:virtual public Base

{

public:

virtual void f();

virtual void g();

virtual void h();

};

class Derived6:virtual public Base

{

};

int main()

{

cout<<sizeof(Base)<<endl; //4

cout<<sizeof(Derived1)<<endl; //4

cout<<sizeof(Derived2)<<endl; //4

cout<<sizeof(Derived3)<<endl; //12

cout<<sizeof(Derived4)<<endl; //12

cout<<sizeof(Derived5)<<endl; //8

cout<<sizeof(Derived6)<<endl; //8

return 0;

}

对于Base, Derived1和Derived2的结果根据前面关于继承的分析是比较好理解的，不过对于虚继承的方式则有点不一样了，根据结果自己得出的一种关于虚继承的分析，如对Derived3或Derived4定义一个对象d,其里面会出现三个跟虚函数以及虚继承的指针，因为是虚继承，因此引入一个指针指向虚继承的基类，第二由于在基类中有虚函数，因此需要指针指向其虚函数表，由于派生类自己本身也有自己的虚函数，因为采取的是虚继承，因此它自己的虚函数不会放到基类的虚函数表的后面，而是另外分配一个只存放自己的虚函数的虚函数表，于是又引入一个指针，从例子中看到Derived5和Derived6的结果是8，原因是在派生类要么没有自己的虚函数，要么全部都是对基类虚函数的覆盖，因此就少了指向其派生类自己的虚函数表的指针，故结果要少4。（这个是个人的分析，但原理不知道是不是这样的）