C++继承模型

在C++继承模型中，一个派生类对象表现出来的东西，是其自己的成员加上其基类成员的总和。但这些成员怎样摆放，标准并未强制规定。一般而言，低地址放基类子对象，高地址放派生类对象。

以下从四个部分讨论C++继承模型：

• 单一继承不含虚函数
• 单一继承并含虚函数
• 多重继承
• 虚拟继承

1、单一继承不含虚函数

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这样的继承关系非常easy，基类子对象包括在了派生类对象中。在内存中连续存放。但有一点须要注意，把类分解成多层可能会造成空间的膨胀。比如：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

class Foo {
public:
    int val;
    char bit1, bit2, bit3;
};

class A {
public:
    int val;
    char bit1;
};

class B : public A {
public:
    char bit2;
};

class C : public B {
public:
    char bit3;
};

int main()
{
    cout << "size Foo = " << sizeof(Foo) << endl;
    cout << "size C   = " << sizeof(C) << endl;
    system("pause");
    return 0;
}

执行结果：

两个类中包括同样的成员。空间却差了一倍。这是由于基类须要边界对齐的缘故。C++语言保证，出如今派生类中的基类子对象有其完整原样性。这是关键所在。为什么要使用这样牺牲空间的布局？原因是在对象之间拷贝时。仅仅对子对象进行成员拷贝而不影响派生类中的成员。

2、单一继承并含虚函数

基类中有虚函数。那么编译器会给基类生成一个virtual function table和一个vptr。派生类会继承此vptr，但不会指向同样的virtual function table，而是指向自己的virtual function table。毕竟派生类一般都会重写从基类继承的虚函数。

关于vptr的摆放位置，要视编译器而定，要么放在对象开头，要么放在对象结尾。

我手头的VS2013就把vptr放在了对象的开头处。

能够看到，派生类Point3d中的vptr属于Point2d子对象。所以当一个基类指针指向派生类时，能够顺利取得这个vptr然后调用所需的虚函数以表现多态性。

以下做个实验：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

class Foo {
public:
    int x;
};

class Bar : public Foo {
public:
    int y;
    virtual void func()
    {}
};

int main()
{
    Bar bar;
    cout << &bar << endl;
    cout << &bar.x << endl;
    cout << &bar.y << endl;
    system("pause");
    return 0;
}

执行结果：

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Foo类没有虚函数。也就没有vptr。而派生类Bar有虚函数，编译器把它的vptr插在了类的开头处，先于基类成员摆放。

3、多重继承

对一个多重派生对象，将其地址指定给派生列表“最左端”的基类指针，情况将和单一继承时同样。由于二者都指向同样的起始地址。

对后继的基类指针的赋值，须要由编译器负责加上一个偏移地址。

比如有例如以下继承结构：

它的数据分布有可能例如以下：

如果有例如以下定义：

Vertex3d v3d;
Vertex *pv;
Point2d *p2d;
Point3d *p3d;

操作例如以下：

pv = &v3d;
p2d = &v3d;
p3d = &v3d;

对第一种赋值操作，编译器会产生相似以下的伪代码：

pv = (Vertex *)(((char *)&v3d) + sizeof(Point3d));

由于从布局图能够看出，指向Vertex的指针须要跳过开头的Point3d部分才干指向数据自己的子对象。然后。对第二和第三种赋值操作，仅仅须要简单地拷贝其地址就好，由于Point2d指针和Point3d指针都指向对象v3d的起始地址。

4、虚拟继承

由于虚拟基类是共享的，所以在各个派生类中必须要由编译器加入某种信息，用来保存共享的虚拟基类的地址。

关于怎样加入，各个编译器厂家的实现都有所不同，并且在未来也会有更新，这里就不详细说明了。

除了通过对象来存取虚基类中的成员之外。通过指针和引用都会引起执行成本上的额外开销。一般而言。虚基类最有效的一种运用形式就是：一个抽象的虚基类，没有不论什么数据成员。

參考：

《深度探索C++对象模型》 P99-P123.