C++对象模型简介（二）——深入底层，探索本质

叁

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  ;

 

 

肆

含虚继承的多重继承

1、虚基类无数据成员

例：

 

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。