从零开始学C++之虚继承和虚函数对C++对象内存模型造成的影响

首先重新回顾一下关于类/对象大小的计算原则：

类大小计算遵循结构体对齐原则

第一个数据成员放在offset为0的位置

其它成员对齐至min(sizeof(member)，#pragma pack(n)所指定的值)的整数倍。

整个结构体也要对齐，结构体总大小对齐至各个成员中最大对齐数的整数倍。

win32 可选的有1， 2， 4， 8， 16

linux 32 可选的有1， 2， 4

类的大小与数据成员有关与成员函数无关
类的大小与静态数据成员无关
虚继承对类的大小的影响
虚函数对类的大小的影响

下面通过实例来展示虚继承和虚函数对类大小造成的影响。

测试环境为：Win32 + Vs2008

一、只出现虚继承的情况

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67

#include <iostream> using  namespace std; class BB { public :        int bb_ ; }; class B1 :  virtual  public BB { public :        int b1_ ; }; class B2 :  virtual  public BB { public :        int b2_ ; }; class DD :  public B1,  public B2 { public :        int dd_ ; }; int main ( void) {       cout<< sizeof (BB)<< endl;       cout<< sizeof (B1)<< endl;       cout<< sizeof (DD)<< endl; B1 b1 ;        int** p ; cout<<&b1 <<endl;       cout<<&b1 .bb_<< endl;       cout<<&b1 .b1_<< endl; p = ( int **)&b1;       cout<<p [ ][ ]<<endl;       cout<<p [ ][ ]<<endl; DD dd ;       cout<<&dd <<endl;       cout<<&dd .bb_<< endl;       cout<<&dd .b1_<< endl;       cout<<&dd .b2_<< endl;       cout<<&dd .dd_<< endl;       p = ( int **)&dd;       cout<<p [ ][ ]<<endl;       cout<<p [ ][ ]<<endl;       cout<<endl ;       cout<<p [ ][ ]<<endl;       cout<<p [ ][ ]<<endl; BB* pp ; pp = &dd ;       dd.bb_ =  ;  //对象的内存模型在编译时就已经确定了，否则无法定义类的对象，因为要开辟内存        int base = pp-> bb_;      // 通过间接访问 (其实pp 已经偏移了20 )，这需要运行时的支持       cout<< "dd.bb_=" <<base<< endl; return  ; }

从输出的地址和虚基类表成员数据可以画出对象内存模型图：

virtual base table

本类地址与虚基类表指针地址的差

虚基类地址与虚基类表指针地址的差

virtual base table pointer(vbptr)

从程序可以看出pp是BB* 指针，pp首先指向dd内存，当执行pp->bb_时，先找到首个vbptr，找到虚基类BB地址与虚基类表指针地址的差，也即是20，接着pp偏移20个字节指向了dd对象中的BB部分，然后就访问到了bb_，这是在运行时才做的转换。

二、只出现虚函数的情况

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58

#include <iostream> using  namespace std; class Base { public :      virtual  void Fun1()     {         cout <<  "Base::Fun1 ..." << endl;     } virtual  void Fun2()     {         cout <<  "Base::Fun2 ..." << endl;     }      int data1_ ; }; class Derived :  public Base { public :      void Fun2 ()     {         cout <<  "Derived::Fun2 ..." << endl;     }      virtual  void Fun3()     {         cout <<  "Derived::Fun3 ..." << endl;     }      int data2_ ; }; typedef  void (* FUNC)( void ); int main ( void) {     cout <<  sizeof (Base) << endl;     cout <<  sizeof (Derived) << endl;     Base b ;      int **p = ( int **)& b;     FUNC fun = (FUNC) p[ ][ ];     fun();     fun = (FUNC )p[ ][ ];     fun();     cout << endl ; Derived d ;     p = ( int **)&d;     fun = (FUNC )p[ ][ ];     fun();     fun = (FUNC )p[ ][ ];     fun();     fun = (FUNC )p[ ][ ];     fun(); return  ; }

从输出的函数体可以画出对象内存模型图：

vtbl：虚函数表（存放虚函数的函数指针）

vptr：虚函数表指针

从输出可以看出，Derived类继承了Base::Fun1，而覆盖了Fun2，此外还有自己的Fun3。注意，因为Fun3是虚函数，才会出现在虚函数表，如果是一般函数是不会的，因为不用通过vptr间接访问。

三、虚继承与虚函数同时出现的情况：

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104

#include <iostream> using  namespace std; class BB { public :        virtual  void vfbb()      {            cout<< "BB::vfbb" <<endl;      }        virtual  void vfbb2()      {            cout<< "BB::vfbb2" <<endl;      }        int bb_ ; }; class B1 :  virtual  public BB { public :        virtual  void vfb1()      {            cout<< "B1::vfb1" <<endl;      }        int b1_ ; }; class B2 :  virtual  public BB { public :        virtual  void vfb2()      {            cout<< "B2::vfb2" <<endl;      }        int b2_ ; }; class DD :  public B1,  public B2 { public :        virtual  void vfdd()      {            cout<< "DD::vfdd" <<endl;      }        int dd_ ; }; typedef  void (* FUNC)( void); int main ( void) {       cout<< sizeof (BB)<< endl;       cout<< sizeof (B1)<< endl;       cout<< sizeof (DD)<< endl; BB bb ;        int** p ;       p = ( int **)&bb;       FUNC fun ;       fun = (FUNC )p[ ][ ];       fun();       fun = (FUNC )p[ ][ ];       fun();       cout<<endl ; B1 b1 ;             p = ( int **)&b1;       fun = (FUNC )p[ ][ ];       fun();       fun = (FUNC )p[ ][ ];       fun();       fun = (FUNC )p[ ][ ];       fun(); cout<<p [ ][ ]<<endl;       cout<<p [ ][ ]<<endl;       cout<<endl ; DD dd ;       p = ( int **)&dd;       fun = (FUNC )p[ ][ ];       fun();       fun = (FUNC )p[ ][ ];  // DD::vfdd 挂在 B1::vfb1的下面       fun();       fun = (FUNC )p[ ][ ];       fun();       fun = (FUNC )p[ ][ ];       fun();       fun = (FUNC )p[ ][ ];       fun();             cout<<p [ ][ ]<<endl;       cout<<p [ ][ ]<<endl;       cout<<p [ ][ ]<<endl;       cout<<p [ ][ ]<<endl; return  ; }

从输出的虚基类表成员数据和虚函数体可以画出对象内存模型图：

注意：如果没有虚继承，则虚函数表会合并，一个类只会存在一个虚函数表和一个虚函数表指针(同个类的对象共享），当然也不会有
虚基类表和虚基类表指针的存在。

参考：

C++ primer 第四版
Effective C++ 3rd
C++编程规范