C++虛擬多重繼承對象模型討論
作者：magictong
調試環境：Windows7VS2005
概述
記得剛開始寫C++程序時，那還是大學時光，感覺這玩意比C強大多了，怎麼就實現了多態，RTTI這些牛逼的玩意呢？當時沒有深究，後來零零散散看過一些介紹的文章，也看了一些相關的書籍，總覺得說得不甚清楚。而這些問題的本質還是在於C++對象的內存模型問題，數據結構決定了你的算法嘛，在這裡也是基本適用的。網上有很多講C++對象模型的文章，但是大部分都是涉及基本繼承，多重繼承等等，而對於虛擬多重繼承的情況則涉及不多，這篇文章則主要講述這種情況下C++的對象模型情況，希望能夠起到拋磚引玉的作用。
本文分三個步驟由淺入深的討論這個問題。
一、先看一個最簡單的例子
KVBase有一個虛函數Run()，KA從KVBase虛擬繼承並且覆蓋Run()函數。
源代碼
#include"stdafx.h"
#include
usingnamespacestd;
//先看一個簡單的例子
classKVBase
{
public:
KVBase():m_nBase(1){}
virtualvoidRun()
{
cout <<"KVBase::Run()is called." < } private: intm_nBase; }; classKA :virtualpublic
KVBase { public: KA():m_nb(2){} virtualvoidRun() { cout <<"KA::Run()is called." < } private: intm_nb; }; int_tmain(intargc,_TCHAR*argv[]) { KAa; KVBase*pBase = &a; cout<<"The Base Address:"< cout<<"//=============>ObjectInfomation: " < cout< cout< cout< cout< cout< pBase->Run(); return0; } 輸出： 參考一下調試的結果（第一個圖是視圖，直觀反映成員情況但不是具體的內存對象模型，第二張圖才是內存中的真正數據排布）。 a對象內存分布情況： 0x00403238是a對象的虛基類指針，注意不是虛表指針，我開始也以為是虛表指針，但是根據後面的分析，在這種情況下，a對象因為沒有自己的獨特虛函數，實際上它不需要專門的虛指針了，共用虛基類的就可以了（至少我認為它是這麼設計的^_^）。它裡面的兩個成員第一個成員是目前只發現有兩個可能的值0和-4，如果當前類沒有獨特的虛函數，則值是0，否則是-4，我把它簡單稱之為一個標志位，第二個成員則是一個當前位置到虛基類地址的偏移量，單位是字節（0x00ff30+0x0c=0x00ff3c）。 0x00403234則是虛基類的虛表指針，0x004015d0實際就是KA::Run的地址。 這種情況下，虛表結構圖大概是這樣的（虛基類在最後面）： 二、繼承類有自己特有的虛函數 稍微變動一下，給KA加一個自己的獨特的虛函數RunKA()，分析方法同上，此時你會發現內存布局發生了一些小變化，最大的變化是KA類有了自己的虛表。 classKA :virtualpublic
KVBase { public: KA():m_nb(2){} virtualvoidRun() { cout <<"KA::Run()is called." < } virtualvoidRunKA() { cout <<"KA::RunKA()is called." < } private: intm_nb; }; 輸出： 其它部分不變，再次調試發現，內存是這樣了： 視圖： 0x00403258是KA類的虛表指針，裡面的0x00401120正是KA::RunKA()的地址。 0x00403264是虛基類指針，存放著-4（0xfffffffc的補碼，上面討論過這種情況下表示當前類有自己的特有虛函數）和0x0c（偏移）。 0x403260是虛基類的虛表指針，裡面存放這KA::Run()地址。 因此，這種情況下，虛表圖大概是這樣的（虛基類依然在最後面）： 三、鑽石型繼承 好吧，分析一個復雜的鑽石型繼承情況之後收工，為了說明的完整性，我貼一下全部的代碼。 #include"stdafx.h" #include usingnamespacestd; classKVBase { public: KVBase():m_nBase(1){} virtualvoidRun() { cout <<"KVBase::Run()is called." < } private: intm_nBase; }; classKA :virtualpublic
KVBase { public: KA():m_na(2){} virtualvoidRun() { cout <<"KA::Run()is called." < } virtualvoidRunKA() { cout <<"KA::RunKA()is called." < } private: intm_na; }; classKB :virtualpublic
KVBase { public: KB():m_nb(3),m_nb2(0x1022){} virtualvoidRun() { cout <<"KB::Run()is called." < } virtualvoidRunKB() { cout <<"KB::RunKB()is called." < } virtualvoidFuncKB() { cout <<"KB::FuncKB()is called." < } private: intm_nb; intm_nb2; }; classDChild :publicKA,public
KB { public: DChild():m_ndChild(4){} virtualvoidRun() { cout <<"DChild::Run()is called." < } virtualvoidRunKA() { cout <<"DChild::RunKA()is called." < } virtualvoidRunKB() { cout <<"DChild::RunKB()is called." < } virtualvoidFuncDChild() { cout <<"DChild::FuncDChild()is called." < } private: intm_ndChild; }; int_tmain(intargc,_TCHAR*argv[]) { DChilda; KVBase*pBase = &a; cout<<"The Base Address:"< cout<<"//=============>ObjectInfomation: " < cout< cout< cout< cout< cout< cout< cout< cout< cout< cout< cout< pBase->Run(); return0; } 運行一下： 現在開始變得有些有趣了，先看一下視圖，大概了解一下整個布局。 然後一個個的看打印出來的那些地址都代表著什麼。 0x00403384是KA的虛表指針，其中0x00401330是DChild::RunKA()地址，0x00401390是DChild::FuncDChild()地址，很明顯，DChild類的虛函數是放在這個虛表裡面的。 0x004033a0是KA的虛基類指針，標志位依然是-4，偏移則是0x20，算一下，0x0012FF1C+0x20果然是0x0012FF3C。 跟KB類相關的兩個地址，0x00403390和0x004033a8的地址內容跟KA類是相似的（不過虛表就沒有DChild的虛函數指針了），聰明的小伙伴可以自己去看下。 至於0x0040339c則依然是虛基類虛表指針，現在虛表裡面是函數DChild::Run()地址。 直接上圖，這種情況下，虛表結構圖大概是這樣的： 總結 其實C++的對象內存模型在不同的編譯器下面是有差異的，有興趣的同學可以在GCC之類的環境下測試一下，但是整體的設計思想其實都是大同小異的，我們也許沒有必要把所有的細節都弄得極其清楚，但是學習這個思想才是最根本的，思考一下前人為什麼要這麼設計？！這麼設計的好處是什麼？！他們想解決什麼問題？！ 參考文獻 [1] 虛函數表解析http://blog.csdn.net/haoel/article/details/1948051 [2] C++對象的內存布局http://blog.csdn.net/haoel/article/details/3081328 [3] 《深度探索C++對象模型》侯捷 樣例代碼下載
