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[CPP] 类的内存布局

2021-10-28 15:33 639 查看

本文讨论的是下面 3 个问题:

  • 以不同方式继承之后,类的成员变量是如何分布的?
  • 虚函数表及虚函数表指针,在可执行文件中的位置?
  • 单一继承、多继承、虚拟继承之后,类的虚函数表的内容是如何变化的?

在这里涉及的变量有:有无继承、有无虚函数、是否多继承、是否虚继承。

准备工作

在开始探索类的内存布局之前,我们先了解虚函数表的概念,字节对齐的规则,以及如何打印一个类的内存布局。

查看类的内存布局

我们可以使用

clang++
来查看类的内存布局:

# 查看对象布局, 要求 main 中有 sizeof(class_t)
clang++ -Xclang -fdump-record-layouts xxx.cpp
# 查看虚函数表布局, 要求 main 中实例化一个对象
clang++ -Xclang -fdump-record-layouts xxx.cpp
# 或者
clang -cc1 -fdump-vtable-layouts -emit-llvm xxx.cpp

虚函数表

  • 每个类都有一个属于自己虚函数表,虚函数表属于类,而不是某一个实例化对象。
  • 如果一个类声明了虚函数,那么在该类的所有实例化对象中,在
    [0, 7]
    这 8 个字节(假设是 64 位机器),会存放一个虚函数表的指针
    vtable
  • 虚函数表中的每一个元素都是一个函数地址,指向代码段的某一虚函数。
  • 虚函数表指针
    vtable
    是在对象实例化的时候填入的(因此构造函数不能用
    virtual
    声明为一个虚函数)。 假设 B 继承了 A ,假如我们在运行时有
    A *a = new B()
    ,那么
    a->vtable
    实际上填入的是类 B 的虚函数表地址。
  • 如何获得
    vtable
    的值?通过读取对象的起始 8 个字节的内容,即
    *(uint64_t *)&object
+---------+                                                   +----------------+
| entity1 |                                                   | .text segment  |
+---------+                                                   +----------------+
| vtable  |-------+                                  +------->| Entity::vfunc1 |
| member1 |       |         +-----------------+      |  +---->| Entity::vfunc2 |
| member2 |       |         | Entity's vtable |      |  |     |       ...      |
+---------+       |         +-----------------+      |  |     +----------------+
+-------->| 0 : vfunc_ptr0  |------+  |     | Entity::func1  |
+---------+       |         | 1 : vfunc_ptr1  |---------+     | Entity::func2  |
| entity2 |       |         |      ...        |               |       ...      |
+---------+       |         +-----------------+               +----------------+
| vtable  |-------+
| member1 |
| member2 |
+---------+

那么虚函数表(即上图的

Entity's vtable
)会存放在哪里呢?

一个直觉是与

static
成员变量一样,存放在
.data segment
,因为二者都属于是类共享的数据。

字节对齐

字节对齐的规则:按照编译器「已经扫描」的最长的数据类型的字节数 (总是为

1, 2, 4, 8
) 进行对齐,并且尽量填满「空隙」。

编译器是按照声明顺序(从前往后扫描)来解析一个

struct / class
的。

需要注意的是,不同的编译器,其字节对齐的规则会略有差异,但总的来说是大同小异的。本文所使用的编译器均为 clang/clang++ 。

例子一

struct Entity
{
char c1;
int val;
};
// sizeof(Entity) = 8
  • 如果把
    char c1
    换成
    short val0
    ,那么还是 8 。
  • 如果把
    int val
    换成
    double d
    ,那么是 16 。

例子二

struct Entity
{
char cval;
short ival;
double dval;
};
/*
*** Dumping AST Record Layout
0 | struct Entity
0 |   char cval
2 |   short ival
8 |   double dval
| [sizeof=16, dsize=16, align=8,
|  nvsize=16, nvalign=8]
*/
  • 如果
    short ival
    换成
    int ival
    ,那么
    ival
    的起始位置是 4 (因为编译器扫描到
    ival
    的时候,看到的最长字节数是
    sizeof(int) = 4
    )。

例子三

struct Entity
{
char cval;
double dval;
char cval2;
int ival;
};
/*
*** Dumping AST Record Layout
0 | struct Entity
0 |   char cval
8 |   double dval
16 |   char cval2
20 |   int ival
| [sizeof=24, dsize=24, align=8,
|  nvsize=24, nvalign=8]
*/

此处的例子,就是为了说明上述的「尽可能填满空隙」,注意到

cval2
ival
之间留出了
17, 18, 19
这 3 个字节的空白。

  • cval2, ival
    插入任意的一个字节的数据类型(最多插入 3 个),不会影响
    sizeof(Entity)
    的大小。
  • 如果我们在
    cval2, ival
    之间插入一个
    short sval
    ,那么
    sval
    会位于 18 这一位置。

例子四

如果有虚函数,又会怎么样呢?

class Entity
{
char cval;
virtual void vfunc() {}
};
/*
*** Dumping AST Record Layout
0 | class Entity
0 |   (Entity vtable pointer)
8 |   char cval
| [sizeof=16, dsize=9, align=8,
|  nvsize=9, nvalign=8]
*/

在 64 位机器上,一个指针的大小是 8 字节,所以编译器会按照 8 字节对齐。

单一的类

成员变量

考虑无虚函数的条件下,成员变量的内存布局。

class A
{
private:
short val1;
public:
int val2;
double d;
static char ch;
void funcA1() {}
};
int main()
{
__attribute__((unused)) int k = sizeof(A);
}
// clang++ -Xclang -fdump-record-layouts test.cpp

使用上述命令编译之后,输出为:

*** Dumping AST Record Layout
0 | class A
0 |   short val1
4 |   int val2
8 |   double d
| [sizeof=16, dsize=16, align=8,
|  nvsize=16, nvalign=8]

从上面的输出可以看出:

  • static
    类型的成员并不占用实例化对象的内存(因为
    static
    类型的成员存放在静态数据区
    .data
    )。
  • 成员函数不占用内存(因为存放在代码段
    .text
    )。
  • 成员变量的权限级别
    private, public
    不影响内存布局,内存布局只跟声明顺序有关(可能需要字节对齐)。

虚函数表

class A
{
private:
short val1;

public:
int val2;
double d;
static char ch;
void funcA1() {}
virtual void vfuncA1() {}
virtual void vfuncA2() {}
};
int main()
{
__attribute__((unused)) int k = sizeof(A);
// __attribute__((unused)) A a;
}

内存布局如下:

clang++ -Xclang -fdump-record-layouts test.cpp
*** Dumping AST Record Layout
0 | class A
0 |   (A vtable pointer)
8 |   short val1
12 |   int val2
16 |   double d
| [sizeof=24, dsize=24, align=8,
|  nvsize=24, nvalign=8]

clang++ -Xclang -fdump-vtable-layouts test.cpp
Original map
Vtable for 'A' (4 entries).
0 | offset_to_top (0)
1 | A RTTI
-- (A, 0) vtable address --
2 | void A::vfuncA1()
3 | void A::vfuncA2()

VTable indices for 'A' (2 entries).
0 | void A::vfuncA1()
1 | void A::vfuncA2()

从这里可以看出,虚函数表的指针默认是存放在一个类的起始位置(一般占用 4 或者 8 字节,视乎机器的字长)。

  • offset_to_top(0)
    : 表示当前这个虚函数表地址距离对象顶部地址的偏移量,因为对象的头部就是虚函数表的指针,所以偏移量为0。如果是多继承的情况,一个类可能存在多个
    vtable
    的指针。
  • RTTI
    : 即 Run Time Type Info, 指向存储运行时类型信息 (
    type_info
    ) 的地址,用于运行时类型识别,用于
    typeid
    dynamic_cast

单一继承

成员变量

class A
{
public:
char aval;
static int sival;
void funcA1();
};
class B : public A
{
public:
double bval;
void funcB1();
};
class C : public B
{
public:
int cval;
void funcC1() {}
};

内存布局:

clang++ -Xclang -fdump-record-layouts test.cpp

*** Dumping AST Record Layout
0 | class A
0 |   char aval
| [sizeof=1, dsize=1, align=1,
|  nvsize=1, nvalign=1]

*** Dumping AST Record Layout
0 | class B
0 |   class A (base)
0 |     char aval
8 |   double bval
| [sizeof=16, dsize=16, align=8,
|  nvsize=16, nvalign=8]

*** Dumping AST Record Layout
0 | class C
0 |   class B (base)
0 |     class A (base)
0 |       char aval
8 |     double bval
16 |   int cval
| [sizeof=24, dsize=20, align=8,
|  nvsize=20, nvalign=8]

可以看出,普通的单一继承,成员变量是从上到下依次排列的,并且遵循前面提到的字节对齐规则。

虚函数表

  • A 中有 2 个虚函数
    vfuncA1, vfuncA2
    .
  • B 重写 (Override) 了
    vfuncA1
    ,自定义虚函数
    vfuncB
    .
  • C 重写了
    vfunc1
    ,自定义虚函数
    vfuncC
    .
class A
{
public:
char aval;
static int sival;
virtual void vfuncA1() {}
virtual void vfuncA2() {}
};
class B : public A
{
public:
double bval;
virtual void vfuncA1() {}
virtual void vfuncB() {}
};
class C : public B
{
public:
int cval;
virtual void vfuncA1() {}
virtual void vfuncC() {}
};

成员变量布局:

clang++ -Xclang -fdump-record-layouts test.cpp

*** Dumping AST Record Layout
0 | class A
0 |   (A vtable pointer)
8 |   char aval
| [sizeof=16, dsize=9, align=8,
|  nvsize=9, nvalign=8]

*** Dumping AST Record Layout
0 | class B
0 |   class A (primary base)
0 |     (A vtable pointer)
8 |     char aval
16 |   double bval
| [sizeof=24, dsize=24, align=8,
|  nvsize=24, nvalign=8]

*** Dumping AST Record Layout
0 | class C
0 |   class B (primary base)
0 |     class A (primary base)
0 |       (A vtable pointer)
8 |       char aval
16 |     double bval
24 |   int cval
| [sizeof=32, dsize=28, align=8,
|  nvsize=28, nvalign=8]

3 个类的虚函数表如下:

clang++ -Xclang -fdump-vtable-layouts test.cpp
Original map
void C::vfuncA1() -> void B::vfuncA1()
void B::vfuncA1() -> void A::vfuncA1()
Vtable for 'C' (6 entries).
0 | offset_to_top (0)
1 | C RTTI
-- (A, 0) vtable address --
-- (B, 0) vtable address --
-- (C, 0) vtable address --
2 | void C::vfuncA1()
3 | void A::vfuncA2()
4 | void B::vfuncB()
5 | void C::vfuncC()

VTable indices for 'C' (2 entries).
0 | void C::vfuncA1()
3 | void C::vfuncC()

Original map
void C::vfuncA1() -> void B::vfuncA1()
void B::vfuncA1() -> void A::vfuncA1()
Vtable for 'B' (5 entries).
0 | offset_to_top (0)
1 | B RTTI
-- (A, 0) vtable address --
-- (B, 0) vtable address --
2 | void B::vfuncA1()
3 | void A::vfuncA2()
4 | void B::vfuncB()

VTable indices for 'B' (2 entries).
0 | void B::vfuncA1()
2 | void B::vfuncB()

Original map
void C::vfuncA1() -> void B::vfuncA1()
void B::vfuncA1() -> void A::vfuncA1()
Vtable for 'A' (4 entries).
0 | offset_to_top (0)
1 | A RTTI
-- (A, 0) vtable address --
2 | void A::vfuncA1()
3 | void A::vfuncA2()

VTable indices for 'A' (2 entries).
0 | void A::vfuncA1()
1 | void A::vfuncA2()

可以看出,在单一继承中,子类的虚函数表通过以下步骤构造出来:

  • 先拷贝上一层次父类的虚函数表。
  • 如果子类有自定义虚函数(例如
    B::vfuncB, C::vfuncC
    ),那么直接在虚函数表后追加这些虚函数的地址。
  • 如果子类覆盖了父类的虚函数,使用新地址(例如
    B::vfuncA1, C::vfuncA1
    )覆盖原有地址(即
    A::vfunc1
    )。

多继承

现直接组合成员变量和虚函数一起来看。

class A
{
char aval;
virtual void vfuncA1() {}
virtual void vfuncA2() {}
};
class B
{
double bval;
virtual void vfuncB1() {}
virtual void vfuncB2() {}
};
class C : public A, public B
{
char cval;
virtual void vfuncC() {}
virtual void vfuncA1() {}
virtual void vfuncB1() {}
};

内存布局如下(注意类 C 的布局):

clang++ -Xclang -fdump-record-layouts test.cpp

*** Dumping AST Record Layout
0 | class A
0 |   (A vtable pointer)
8 |   char aval
| [sizeof=16, dsize=9, align=8,
|  nvsize=9, nvalign=8]

*** Dumping AST Record Layout
0 | class B
0 |   (B vtable pointer)
8 |   double bval
| [sizeof=16, dsize=16, align=8,
|  nvsize=16, nvalign=8]

*** Dumping AST Record Layout
0 | class C
0 |   class A (primary base)
0 |     (A vtable pointer)
8 |     char aval
16 |   class B (base)
16 |     (B vtable pointer)
24 |     double bval
32 |   char cval
| [sizeof=40, dsize=33, align=8,
|  nvsize=33, nvalign=8]

注意到类 C 的内存布局:

  • 一共 40 字节,有 2 个
    vtable
    指针。
  • 继承有
    primary base
    父类和普通
    base
    父类之分。

实际上就是:

+--------+--------+---------------+
| offset |  size  |   content     |
+--------+--------+---------------+
|   0    |   8    | vtable1       |
|   8    |   1    | aval          |
|   9    |   7    | aligned bytes |
|   16   |   8    | vtable2       |
|   24   |   8    | bval          |
|   32   |   1    | cval          |
|   33   |   7    | aligned bytes |
+--------+--------+---------------+

总的来说,在最底层子类的内存布局中,多继承的成员变量,以及

vtable
指针的排列规则是:

  • 第一个声明的继承是
    primary base
    父类。
  • 按照继承的声明顺序依次排列,并需要遵循编译器的字节对齐规则。
  • 最后排列最底层子类的成员变量。

虚函数表如下(省略了 A 和 B 的内容):

clang++ -Xclang -fdump-vtable-layouts test.cpp
Original map
void C::vfuncA1() -> void A::vfuncA1()
Vtable for 'C' (10 entries).
0 | offset_to_top (0)
1 | C RTTI
-- (A, 0) vtable address --
-- (C, 0) vtable address --
2 | void C::vfuncA1()
3 | void A::vfuncA2()
4 | void C::vfuncC()
5 | void C::vfuncB1()
6 | offset_to_top (-16)
7 | C RTTI
-- (B, 16) vtable address --
8 | void C::vfuncB1()
[this adjustment: -16 non-virtual] method: void B::vfuncB1()
9 | void B::vfuncB2()

Thunks for 'void C::vfuncB1()' (1 entry).
0 | this adjustment: -16 non-virtual

VTable indices for 'C' (3 entries).
0 | void C::vfuncA1()
2 | void C::vfuncC()
3 | void C::vfuncB1()

从上面可以看出,C 的虚函数表是由 2 部分组成的:

  • 首先是 「C 继承 A」,按照上述单一继承的虚函数表生成原则,生成了第一个虚函数表。此时
    C::vfuncB1()
    对于 A 来说是一个自定义的虚函数,因此虚函数表的第一部分有 4 个函数地址。
  • 其次是「C 继承 B」,同样按照单一继承的规则生成,但不用追加
    C::vfuncC()
    ,因为
    C::vfuncC()
    已经在第一部分填入。

可以发现的是:

  • C 的虚函数表存在一个重复的函数地址
    C::vfuncB1
  • 虽然 C 有 2 个
    vtable
    指针,但仍然只有一个虚函数表( 😅 其实也可以理解为 2 个表,不过这 2 个表是紧挨着的),而 2 个
    vtable
    指针指向了虚函数表的不同位置(也许跟编译器的处理有关,至少 clang 下的情况是这样的)。

加入虚函数表后,C 的内存布局如下:

+-----------------------+
|-2: offset_to_top(0)  |
|-1: C RTTI            |
+--------+--------+---------------+                      +-----------------------+
| offset |  size  |   content     |                      | class C's vtable      |
+--------+--------+---------------+                      +-----------------------+
|   0    |   8    | vtable1       |--------------------->| 0: C::vfuncA1_ptr     |
|   8    |   1    | aval          |                      | 1: A::vfuncA2_ptr     |
|   9    |   7    | aligned bytes |                      | 2: C::vfuncC_ptr      |
|   16   |   8    | vtable2       |------------+         | 3: C::vfuncB1_ptr     |
|   24   |   8    | bval          |            |         | 4: offset_to_top(-16) |
|   32   |   1    | cval          |            |         | 5: C RTTI             |
|   33   |   7    | aligned bytes |            +-------->| 6: C::vfuncB1_ptr     |
+--------+--------+---------------+                      | 7: B::vfuncB2_ptr     |
+-----------------------+

如何验证这个想法呢?

class A
{
public:
char aval;
virtual void vfuncA1() { cout << "A::vfuncA1()" << endl; }
virtual void vfuncA2() { cout << "A::vfuncA2()" << endl; }
};
class B
{
public:
double bval;
virtual void vfuncB1() { cout << "B::vfuncB1()" << endl; }
virtual void vfuncB2() { cout << "B::vfuncB2()" << endl; }
};
class C : public A, public B
{
public:
char cval;
virtual void vfuncC() { cout << "C::vfuncC()" << endl; }
virtual void vfuncA1() { cout << "C::vfuncA1()" << endl; }
virtual void vfuncB1() { cout << "C::vfuncB1()" << endl; }
};

int main()
{
__attribute__((unused)) int k = sizeof(C);
C c;
uint64_t *cvtable = (uint64_t *)*(uint64_t *)(&c);
uint64_t *cvtable2 = (uint64_t *)*(uint64_t *)((uint8_t *)(&c) + 16);
typedef void (*func_t)(void);

cout << "---- vtable1 ----" << endl;
((func_t)(*(cvtable + 0)))();    // C::vfuncA1()
((func_t)(*(cvtable + 1)))();    // A::vfuncA2()
((func_t)(*(cvtable + 2)))();    // C::vfuncC()
((func_t)(*(cvtable + 3)))();    // C::vfuncB1()

printf("offset_to_top = %d\n", *(cvtable2 - 2));  // -16

cout << "---- vtable2 ----" << endl;
((func_t)(*(cvtable2 + 0)))();   // C::vfuncB1(), same as cvtable + 6
((func_t)(*(cvtable2 + 1)))();   // B::vfuncB2(), same as cvtable + 7
}

棱形继承和虚拟继承

如果我们需要用到类似「棱形」的继承链,那么就要通过「虚拟继承」的方式实现。

假设此处的继承链为:

Base
/     \
A       B
\   /
Child

如果不使用

virtual
修饰继承方式:

class Base { public: int value; };
class A : public Base { };
class B : public Base { };
class Child : public A, public B { };
int main()
{
Child child;
child.value;
}

那么成员变量

child.value
会出现编译时错误 (clang++) ,类似于「命名冲突」。

单一虚拟继承

class Base
{
char baseval;
virtual void vfuncBase1() {}
virtual void vfuncBase2() {}
};

class A : virtual public Base
{
double aval;
virtual void vfuncBase1() {}
virtual void vfuncA() {}
};

class B : virtual public Base
{
double bval;
virtual void vfuncBase2() {}
virtual void vfuncB() {}
};

以 A 为例子进行说明。成员变量布局:

clang++ -Xclang -fdump-record-layouts diamond2.cpp
*** Dumping AST Record Layout
0 | class A
0 |   (A vtable pointer)
8 |   double aval
16 |   class Base (virtual base)
16 |     (Base vtable pointer)
24 |     char baseval
| [sizeof=32, dsize=25, align=8,
|  nvsize=16, nvalign=8]

与上述的「单一继承」不同,此处虚拟继承是会有 2 个

vtable
指针的,并且被虚拟继承的目标(即
Base
会排列在最后面)。

虚函数表的内容如下:

clang++ -Xclang -fdump-vtable-layouts diamond2.cpp
Original map
Vtable for 'A' (11 entries).
0 | vbase_offset (16)
1 | offset_to_top (0)
2 | A RTTI
-- (A, 0) vtable address --
3 | void A::vfuncBase1()
4 | void A::vfuncA()
5 | vcall_offset (0)
6 | vcall_offset (-16)
7 | offset_to_top (-16)
8 | A RTTI
-- (Base, 16) vtable address --
9 | void A::vfuncBase1()
[this adjustment: 0 non-virtual, -24 vcall offset offset] method: void Base::vfuncBase1()
10 | void Base::vfuncBase2()

Virtual base offset offsets for 'A' (1 entry).
Base | -24

Thunks for 'void A::vfuncBase1()' (1 entry).
0 | this adjustment: 0 non-virtual, -24 vcall offset offset

VTable indices for 'A' (2 entries).
0 | void A::vfuncBase1()
1 | void A::vfuncA()

化简一下:

A vtable:                      B vtable:
- A::vfuncBase1()              - B::vfuncBase2()
- A::vfuncA()                  - B::vfuncB()
- A::vfuncBase1()              - Base::vfuncBase1()
- Base::vfuncBase2()           - B::vfuncBase2()

从上面可以看出:

  • 虚函数表的第一部分
    3-4
    ,按照
    A
    是一个「单一的类」时的规则构造。
  • 虚函数表的第二部分
    9-10
    ,按照
    A
    单一继承
    Base
    的规则构造。

棱形继承的成员变量

class Child : public A, public B
{
char childval;
virtual void vfuncC() {}
virtual void vfuncB() {}
virtual void vfuncA() {}
};

Child
成员变量内存布局如下:

clang++ -Xclang -fdump-record-layouts diamond.cpp

*** Dumping AST Record Layout
0 | class A
0 |   (A vtable pointer)
8 |   double aval
16 |   class Base (virtual base)
16 |     char baseval
| [sizeof=24, dsize=17, align=8,
|  nvsize=16, nvalign=8]

*** Dumping AST Record Layout
0 | class B
0 |   (B vtable pointer)
8 |   double bval
16 |   class Base (virtual base)
16 |     char baseval
| [sizeof=24, dsize=17, align=8,
|  nvsize=16, nvalign=8]

*** Dumping AST Record Layout
0 | class Child
0 |   class A (primary base)
0 |     (A vtable pointer)
8 |     double aval
16 |   class B (base)
16 |     (B vtable pointer)
24 |     double bval
32 |   char childval
33 |   class Base (virtual base)
33 |     char baseval
| [sizeof=40, dsize=34, align=8,
|  nvsize=33, nvalign=8]

Child
中:

  • 成员变量和虚函数指针与「多继承」的情况相同。
  • Child
    Base
    (被虚拟继承的父类)的内容排在最后(比
    Child
    的自定义成员还要后),并且只保留了一份
    Base
    的数据,这就是虚拟继承的作用。

棱形继承的虚函数表

A, B
的虚函数表,如「单一虚拟继承」一节所述。
Child
的虚函数表如下:

clang++ -Xclang -fdump-vtable-layouts diamond.cpp
Original map
void Child::vfuncA() -> void A::vfuncA()
Vtable for 'Child' (18 entries).
0 | vbase_offset (40)
1 | offset_to_top (0)
2 | Child RTTI
-- (A, 0) vtable address --
-- (Child, 0) vtable address --
3 | void A::vfuncBase1()
4 | void Child::vfuncA()
5 | void Child::vfuncC()
6 | void Child::vfuncB()
7 | vbase_offset (24)
8 | offset_to_top (-16)
9 | Child RTTI
-- (B, 16) vtable address --
10 | void B::vfuncBase2()
11 | void Child::vfuncB()
[this adjustment: -16 non-virtual] method: void B::vfuncB()
12 | vcall_offset (-24)
13 | vcall_offset (-40)
14 | offset_to_top (-40)
15 | Child RTTI
-- (Base, 40) vtable address --
16 | void A::vfuncBase1()
[this adjustment: 0 non-virtual, -24 vcall offset offset] method: void Base::vfuncBase1()
17 | void B::vfuncBase2()
[this adjustment: 0 non-virtual, -32 vcall offset offset] method: void Base::vfuncBase2()

Virtual base offset offsets for 'Child' (1 entry).
Base | -24

Thunks for 'void Child::vfuncB()' (1 entry).
0 | this adjustment: -16 non-virtual

VTable indices for 'Child' (3 entries).
1 | void Child::vfuncA()
2 | void Child::vfuncC()
3 | void Child::vfuncB()

回顾一下 A 和 B 的虚函数表:

A vtable:                      B vtable:
- A::vfuncBase1()              - B::vfuncBase2()
- A::vfuncA()                  - B::vfuncB()
- A::vfuncBase1()              - Base::vfuncBase1()
- Base::vfuncBase2()           - B::vfuncBase2()

可以看出,

Child
的虚函数表有 2 部分:

  • 第一部分
    3-6, 10-11
    ,与
    Child
    多继承
    A, B
    的构造规则类似,即合并
    Avtable[0 - 1]
    Bvtable[0 - 1]
  • 第二部分
    16-17
    ,合并
    Avtable[2 - 3]
    Bvtable[2 - 3]

总结

场景 成员变量 虚函数表
单一的类 按照声明顺序依次排列,并需要遵循字节对齐的规则 在对象的起始 8 个字节的内存中,存放
vtable
指针
单一继承 1. 按照继承的层次顺序,依次排列,并需要遵循字节对齐的规则
2. 只有一个
vtable
指针
1. 拷贝上一层次父类的虚函数表
2. 如果有自定义的虚函数,在虚函数表后追加对应的地址
3. 如果 Override 了父类虚函数,那么使用新地址覆盖原有地址。
多继承 1. 多个
vtable
指针
2. 按照继承的顺序,依次排列父类的
<vtable, members>
参考「多继承」一节。
单一虚拟继承 与普通的单一继承不同,会有多个
vtable
指针
2 部分:第一部分按照「单一的类」规则和第二部分按照「单一继承」规则。
棱形继承 1. 与多继承类似
2. 在最后添加被虚拟继承目标的数据
参考「棱形继承的虚函数表」一节。
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