继承与多态虚函数分析

此处举例在VS2010中编译：

分析继承与多态虚函数在内存中的分配布局和分析理解过程，直接以多继承举例：

首先说明虚表的概念：虚表即一个类中存放其虚函数地址的表，这个表的地址则存放在此类内存分布中，即一个_vptr的指针；

虚表基本构建：一个类有多个虚函数时，其按照虚函数在类中出现的先后次序填写虚表，最后在虚表后加上0x00000000.

虚表性质：虚表在一个类对象调用构造函数前已经形成，构造函数只是将虚表地址赋给内存的前四个字节，即为指针_vptr.

1.继承中没有虚函数，举例：

class Base1
{
public:
	void Func1()
	{
		cout<<"Base1"<<endl;
	}
public:
	int _a;
};
class Base2
{
public:
	void Func2()
	{
		cout<<"Base2"<<endl;
	}
public:
	int _b;
};
class Derived:public Base1,public Base2
{
public:
	void FuncD()
	{
		cout<<"Derived"<<endl;
	}
public:
	int _d;
};
void Func()
{
	Derived d;
	d._a=1;
	d._b=2;
	d._d=3;
	int size=sizeof(d);
	Base1* p1=&d;
	Base2* p2=&d;
	Derived* p3=&d;
}

Derived公有继承Base1,Base2,查看内存：

即p1、p3与&d对象地址相同，p2偏移四个字节，d对象总大小为12，则内存分布为：

2.只将以上Base1与Base2函数前加上virtual,变为虚函数，派生类Derived内容不变，查看内存情况：

Base1:

virtual void Func1()
	{
		cout<<"Base1"<<endl;
	}

Base2:

virtual void Func2()
	{
		cout<<"Base2"<<endl;
	}

Derived d;
Base1 b1;
Base2 b2;

添加两个父类对象，查看内存情况：

b1

b2:

所以当加上virtual关键字后，基类对象各自多增加四个字节，其则为虚表地址_vfptr。再查看继承后的内存分布：

&d地址存储内容如下：

取Base1的_vptr得出虚函数表：

取Base2的_vptr得出虚函数表：

即各自为基类虚函数，并且p1、p3与&d对象地址相同，p2偏移8个字节，d对象总大小为20，所以可以得出内存分布为：

3.在派生类Derived中重写基类中的虚函数Func1()、Func2(),如：

class Derived:public Base1,public Base2
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		cout<<"Derived1"<<endl;
	}
	virtual void Func2()
	{
		cout<<"Derived2"<<endl;
	}
public:
	int _d;
};

此时在查看内存分布：

虚表为：

Base1

Base2

由上可知此时与第二种情况的内存格局的分布没有任何变化，可是它们的区别又是什么呢？查看以下调用：

若去掉刚才基类和派生类关键字virtual或者派生类没有重写基类函数，用父类指针或引用进行调用此函数，运行结果如下：

class Base1
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		cout<<"Base1"<<endl;
	}
public:
	int _a;
};
class Base2
{
public:
	virtual void Func2()
	{
		cout<<"Base2"<<endl;
	}
public:
	int _b;
};
class Derived:public Base1,public Base2
{
public:
	/*virtual void Func1()
	{
		cout<<"Derived1"<<endl;
	}
	virtual void Func2()
	{
		cout<<"Derived2"<<endl;
	}*/
public:
	int _d;
};
void Fun1(Base1* p1)
{
	p1->Func1();
}
void Fun2(Base2* p2)
{
	p2->Func2();
}
void Fun3(Derived* p3)
{
	p3->Func1();
	p3->Func2();
}
void Func()
{
	Derived d;
	Fun1(&d);
	Fun2(&d);
	Fun3(&d);

	Base1 b1;
	Base2 b2;
	d._a=1;
	d._b=2;
	d._d=3;
	int size=sizeof(d);
	Base1* p1=&d;
	Base2* p2=&d;
	Derived* p3=&d;
}

即输出了基类的函数运行结果，若将注释去掉或加上virtual关键字，运行结果如下：

为派生类重写的运行结果。

这时的原因即为C++的多态的另一类运行时多态，动态连编，在运行时确定指针所指的真正对象类型，调用其函数。

这一过程实现的机制则为：第2种情况和第3对象d内存分布格局相同，调用函数运行结果不同，原因在于创建虚表时函数地址发生改变，此时创建虚表的过程为：Derived先后继承Base1,Base2，所以（1）先创建两个基类虚表，按虚函数在基类中出现的先后顺序填写虚表；（2）基类完成后创建派生类虚表，过程先编译器了解基类虚表格式，再了解派生类对基类哪些虚函数进行了重写；（3）有重写的，则将虚表相同位置的函数地址修改为派生类重写的新的虚函数地址；

（4）若派生类有自己的新的虚函数，则将它加在派生类先继承的基类的虚表后，证明如下：

class Derived:public Base1,public Base2
{
public:
	//派生类重写两个基类虚函数
	virtual void Func1()
	{
		cout<<"Derived1"<<endl;
	}
	virtual void Func2()
	{
		cout<<"Derived2"<<endl;
	}
    //派生类自己虚函数
	virtual void Func3()
	{
		cout<<"Derived3"<<endl;
	}
public:
	int _d;
};

查看内存情况

：  
内存格局未变，查看虚函数表：

Base1:

Base2

可知Base1虚表增加了一个函数地址，其就为派生类自己的虚函数。

（5）最后在虚表之后加上0X00000000.

4.若派生类在变为虚拟公有继承基类，如：

class Derived:virtual public Base1,virtual public Base2

查看内存情况：

 
此时&d与p3相同，p1偏移12字节，p2偏移20个字节，总大小为28，在查看各地址：

由上内存监视知：即为派生类Derived虚表；

即为Base1虚表；

即为Base2虚表；

可知第二个内存空间存放偏移表地址，偏移表里存放从当前位置开始与自己、两基类的开始位置偏移字节。

内存分布格局如下：

以上即为以多继承为例剖析多态虚函数的内存布局与分析过程。