c++ devived object model

单一虚函数继承

class A
{
public:
virtual int foo( ) { return val ; }
virtual int funA( ) {}
private:
int val ;
char bit1 ;
} ;

class B : public A
{
public:
virtual int foo( ) { return bit2; }
virtual int funB( ) {}
private:
char bit2 ;
};

一个class只要有一个虚函数，那么每一个class object被安插上一个由编译器内部产生的指针，指向该表格(virtual table)。

virtual table 的第一项是表示class的类型。

因为，基类指针的特殊性，它可以指向基类对象，也可以指向派生类对象。故：ptr->foo( ) ;这种调用，我们需要知道ptr所指对象的真实类型。（就算不知道ptr所指对象的类型，也可以正确调用fun函数，但是由于fun函数有编译器插入的this指针，this指针要与ptr指向的对象地址正确对应，以正确访问对象中的成员变量，但ptr中却没有这样的信息）

virtual table 之后的表格是class中的每个虚函数地址。

一个class只会有一个virtual table。派生类的virtual table是在基类的virtual table上增加，修改的。

派生类中的虚函数会改写(overriding)与基类中同名且参数相同的虚函数，把virtual table表中相应的基类虚函数地址改写为相应派生类虚函数的地址。

以上工作都是由编译器完成的。执行期要做的就是在特定的virtual table表项中激活相应的虚函数，然后根据virtual table首项的类型信息，正确执行此虚函数。

例如：ptr->foo( ) ;

一般而言，我并不知道ptr所指对象的真正类型。然而我知道。经由ptr可以存取到该对象的virtual table。

虽然我不知道哪一个foo( )实体会被调用，但我知道每一个foo( )函数的地址都放在虚表的第二项。

故：根据以上信息，编译器可以将该调用转化为：

( *ptr->vptr[1] )( ptr ) ;

【注意：】基类指针虽然可以指向派生类，但是它实际上指向的是派生类中的基类部分。（这就不违反指针的特性了，指针类型与其指向范围是一致的）故基类指针不能访问派生类的成员。（但基类指针可以通过访问派生类的虚函数，间接操作派生类成员）

上面的内存图验证了这个例子，就是指的是指向派生类的指针，指针指向base class中没有被devived class继承的虚函数，或者指向devived class中重写base class中的虚函数，

多重继承

class A
{
public:
    A() {}
    virtual ~A() {}
    virtual int foo( )  {   return  val ;  }
    virtual int funA( ) {}
private:
    int val ;
    char bit1 ;
} ;  

class B :
{
public:
    B() {}
    virtual ~B() {}
    virtual int foo( )  {   return  bit2;  }
    virtual int funB( ) {}
private:
    char bit2 ;
};  

class Derived : public A, public B
{
public:
    Derived() {}
    virtual ~Derived() {}
    virtual int foo( )  {   return  bit3;  }
    virtual int funDerived( ) {}
private:
    char bit3 ;
};  

注意：在多重继承下，若有n个基类，则派生类中有n个virtual table.

针对每一个virtual table，派生类对象中有对应的vptr。这些vptrs将在构造函数中被设立初值。

派生类的虚函数会覆盖(改写)其每个基类virtualtable中相应的虚函数索引值。

多重继承最左端的基类，在派生类中作为主要实体，其virtualtable为主要表格，其它基类的virtual table为次要表格。

当你将Derived对象地址指定给一个Base1指针或Derived指针时，被处理的virtualtable是主要表格vptr_Base1。

故主要表格要包含Derived的所有虚函数（包括继承得来的虚函数）。所以其中有Base1、Base2、Derived中的虚函数。

而其它次要表格中的项目数不变，只是有些虚函数的索引值被重写。

涉及多重继承的指针的转换

多重继承的问题主要发生于：派生类对象和其第二或后继的基类对象之间的转换。

【对一个多重派生对象，将其地址指定给“最左端（也就是第一个）”base class的指针，情况将和单一继承时相同，因为二者都指向相同的起始地址。需付出的成本只有地址的指定操作而已。至于第二个或后继的base class的地址指定操作，则需要将地址修改：加上（或减去）介于中间的base class subobject(s)大小】

例如：

Derived dObj ;

A* pA = &dObj ;

只需要简单地拷贝地址就行了。

而：

Derived* pd ;

B* pB = pd ;

需要这样的内部转化：

//虚拟C++码

pB = pd ? (B*)( (char*)pd + sizeof(A) ) : 0  ;

含虚继承的多重继承

class A {  } ;
class B : public virtual A {  } ;
class C : public virtual A {  } ;
class D : public B, public C { }; 

注意】class A { };实际上并不是空的，它有一个隐晦的1字节，那是被编译器安插进去的一个char。这是为了使得class A的对象得以在内存中配置独一无二的地址。

当语言支持虚基类时，就会导致一些额外负担。在派生类中会有一个额外指针，指针指向一个相关表格，表格中存放的或者是虚基类对象，或者是其偏移量。

若虚基类为空，则表格中存放的是虚基类对象（即一个安插字节）

VC++编译器的优化：

VC++特别对 空virtual baseclass做了处理。空虚基类的派生类中只有一个4字节的指针。没有安插char，也没有字节填充。

（因为安插char的目的是为了空类实例化的对象在内存中有地址，而现在其派生类对象中已经有个指针了，其可以取地址，故不需要安插char了）

注意：如果虚基类中有数据成员，则两种编译器（“有特殊处理者”和“无特殊处理者”）就会产生完全相同的对象布局。

2、虚基类有数据成员

例：

class A
{
public:
     …
private:
    int x, y ;
} ;

class B : public virtual A
{
public:
    …
private:
    int valB ;
} ;

class C : public virtual A
{
public:
    …
private:
    int valC ;
} ;

class D : public B, public C
{
public:
    …
private:
    int valD ;
};

最终的派生类对象底部是共享虚基类的部分，派生类class B、class C部分的指针指向的虚函数表的前面增加了一项：offset（从对象的开头算起，到共享虚基类部分的字节数）

这样可以快速地访问到共享虚基类的成员。

问：

①为什么虚继承不像一般继承那样，把基类成员放在顶部，把新增派生类成员放在尾部？

我想是：因为在最后的多重继承时，要求最终的派生类对象中只有一份基类成员，故最终派生类会从其各个父类中提取它们各自的派生数据成员。若按一般继承那样的对象模型，很容易找到父类中的派生类成员，但难以确定边界，故难以提取数据。为了提取数据方便，把基类成员放在尾部。

②为什么虚继承的派生类中有两个虚指针？

我想是：因为要实现多态。当基类指针指向派生类中的基类部分时，必须要有指向虚表的指针，才能实现多态。

注意：class D对象模型与一般多重继承的派生类对象的布局相似，多重继承最左边的基类部分的虚表是“主要表格”。故class B、class C、class A部分的虚表各不相同。它们都是为了实现多态。

【编程风格】一般而言，virtual base class最有效的一种运用形式是：一个抽象的virtual base class，没有任何数据成员。