关于指针与类的内存分布问题（问题思考来自《程序员面试宝典》）

引起思考的例子：

class A
{
public:
int a_1,a_2;
A() :a_1(1),a_2(2){}
void func()
{
cout << a_1 << endl;
cout << a_2 << endl;
}
};

class B
{
public:
int b;
B() :b(3){}
void func()
{
cout << b << endl;
}
};
int main()
{
A a;
B * pb = (B*)&a;
pb->func();
system("pause");
}

虽然是一个很有问题的代码，但是需要预测此时程序的行为。程序将输出 ： 1

解释：

将 &a 强制类型转换为 B* ，因此在调用 pb->func() 的时候，编译器根据 pb 的类型将调用 B::func()。A中有两个成员 a_1，a_2。在A的内存布局中，其偏移量分别为0 与 1。B中有一个成员 b 。在 B 的内存布局中，其偏移量为 0。 在  B::func() 中，对 b 的访问在汇编语言层而言是对于相对 this 指针所指地址的偏移量为 0
的 int　成员的访问。此函数调用在编译时期不会出错。而在运行时期，通过对　this 指针所指对象的偏移量为 0 的地址访问。导致此时访问到了 A 中的 a_1 成员，该对象的此时的值为 1。因此输出为 1。

但是这种问题其实没什么好纠结的。是视编译器而定的内存布局。假设编译器对 A 对象的布局中，让 a_2 位于 a_1　的前方，则测试输出的值则为　２　了。测试一个真实的样例：让 A中有虚函数，则此时  A 的内存布局中有 vptr，会使得上述分析失效。如：

class A
{
public:
int a_1,a_2;
A() :a_1(1),a_2(2){}
void func()
{
cout << a_1 << endl;
cout << a_2 << endl;
}
virtual void f()     //与上述的代码完全相同，只是在A中增加了一个虚函数
{
}
};

此时，输出的结果为一个地址值、即为 A::Vptr 的值（在VS2013中）。说明在VS中，虚函数指针放在类对象内存布局的头部。因此对偏移量为 0 的访问则访问到了 A 的虚函数表的指针。若 B 中也有虚函数，则 A ，B 的布局相对来说是一样的。偏移量都包含了虚函数表的指针。则仍然符合上述分析。

一个思考：

类似上述问题，类中虚函数的调用也是与偏移量有关。因为虚函数在虚函数表中存储的就是偏移量。因此虚函数的调用可能会出现如下情况：

class A
{
public:
int a_1,a_2;
A() :a_1(1),a_2(2){}
void func()
{
cout << "afunc" << endl;
af();
}
virtual void af()
{
cout << "af" << endl;
}
};

class B
{
public:
int b;
B() :b(3){}
void func()
{
cout << "bfunc" << endl;
bf();          //对虚函数的调用转为对虚函数表中的偏移量对应的函数的调用
}
virtual void bf()
{
cout << "bf" << endl;
}
};
int main()
{
A a;
B * pb = (B*)&a;
pb->func();<span style="white-space:pre">			</span>//将会调用 B::func();
system("pause");
}

输出为：

bfunc

af

解释：
同理。pb->func() 调用的是 B::func()，因此输出了 bfunc 。然而由于 bf()　是Ｂ中的虚函数，而虚函数的调用会转为针对　vptr 的偏移量的调用，此时偏移量为 0 。但由于此时指针实际上指向的是 A 对象，因此 vptr　是Ａ的 vptr 。同时 A 的 vptr 的偏移量为 0 的函数为 A::af()， 因此调用了 A::af()。并输出 af

对于继承的思考：

继承的多态体现在函数成员多态。而数据成员不具有多态性

class A
{
public:
int val;
A() :val(1){}

void f()
{
cout << "A" << endl;
cout << val << endl;
func();
}
virtual void func()
{
cout << "afunc" << endl;
}
};

class B : public A
{
public:
int val;
B() :val(2){}
void f()
{
cout << "B" << endl;
cout << val << endl;
}
virtual void func()
{
cout << "bfunc" << endl;
}
};

int main()
{
B b;
A * pa = &b;
pa->f();
system("pause");
}

输出为：
A

1

bfunc

解释：

非虚函数没有多态性，指针的静态类型决定了调用的函数，因此调用A::f()。而在 A::f() 中，数据成员的访问不具有多态性，因此 val 即为 A::val。因此输出 1。而虚函数 func 的调用则存在多态性，调用了 B::func();