C++Day12 虛擬繼承記憶體佈局測試

来源:https://www.cnblogs.com/YongSir/archive/2023/01/26/17067682.html
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測試一、虛繼承與繼承的區別 1.1 單個繼承，不帶虛函數 1>class B size(8): 1> + 1> 0 | + (base class A) 1> 0 | | _ia //4B 1> | + 1> 4 | _ib //4B 有兩個int類型數據成員，占8B，基類邏輯存在前面 1.2、單個 ...


測試一、虛繼承與繼承的區別

1.1  單個繼承，不帶虛函數
1>class B    size(8):
1>    +---
1> 0    | +--- (base class A)
1> 0    | | _ia                       //4B
1>    | +---
1> 4    | _ib                        //4B

有兩個int類型數據成員，占8B，基類邏輯存在前面

1.2、單個虛繼承，不帶虛函數
1>class B    size(12):
1>    +---
1> 0    | {vbptr}        //虛基指針（指向虛基表）
1> 4    | _ib                          //派生類放到前面
1>    +---
1>    +--- (virtual base A)        //虛基類
1> 8    | _ia
1>    +---
1>B::$vbtable@:                     //虛基表
1> 0    | 0                        // 虛基指針距離派生類對象偏移0B
1> 1    | 8 (Bd(B+0)A)            //  虛基指針向下偏移8B找到虛基類

虛繼承多一個虛基指針，共12B，虛擬繼承會將派生類的邏輯存到前面；

虛基表中存放的內容：（1）虛基指針距離派生類對象首地址的偏移信息（2）虛基類的偏移信息

 測試二、單個虛繼承，帶虛函數

2.1、單個繼承，帶虛函數
1>class B    size(12):
1>    +---
1> 0    | +--- (base class A)
1> 0    | | {vfptr}       //虛函數指針
1> 4    | | _ia
1>    | +---
1> 8    | _ib
1>    +---
1>B::$vftable@:              //虛表
1>    | &B_meta
1>    |  0
1> 0    | &B::f                      // f 和 fb2 入虛表，fb不是虛函數，不入虛表
1> 1    | &B::fb2                   // 派生類新增虛函數直接放在基類虛表中

帶虛函數的話，多一個虛函數指針，指向虛表，所以共占12B，派生類新增的虛函數放入基類虛表

2.3、單個虛繼承，帶虛函數，派生類不新增
8/16
1>class B    size(16):
1>    +---
1> 0    | {vbptr}    //有虛繼承的時候就多一個虛基指針，虛基指針指向虛基表  
1> 4    | _ib        //有虛函數的時候就產生一個虛函數指針，虛函數指針指向虛函數表
1>    +--- 
1>    +--- (virtual base A)
1> 8    | {vfptr}
1>12    | _ia
1>    +---
1>B::$vbtable@:  //虛基表
1> 0    | 0                   // 虛基指針距離派生類對象偏移0B
1> 1    | 8 (Bd(B+0)A)        // 虛基指針向下偏移8B找到虛基類
1>B::$vftable@:   //虛函數表
1>    | -8         
1> 0    | &B::f

兩個 int 型變數，一個虛函數指針，一個虛基指針，共占16B；

虛擬繼承使得派生類邏輯存在基類前面；

（虛擬繼承後，基類在派生類後面，虛函數指針也在下麵，派生類要找到虛函數表，向後偏移8B）

2.2 單個虛繼承，帶虛函數 （自己新增）
1>class B    size(20):
1>    +---
1> 0    | {vfptr}    //虛函數指針
1> 4    | {vbptr}    //虛基指針  （虛繼承多一個）  {虛擬繼承，派生類在前面}
1> 8    | _ib
1>    +---
1>    +--- (virtual base A)    
1>12    | {vfptr}           //虛函數指針
1>16    | _ia
1>    +---
1>B::$vftable@B@:        //虛表
1>    | &B_meta
1>    |  0
1> 0    | &B::fb2     //派生類新增虛函數，放在最前面，訪問新增虛函數快一些，不用偏移 ，多一個虛函數指針，指向新的虛表
1>B::$vbtable@:                     //虛基表
1> 0    | -4                       //虛基指針距離派生類對象首地址的偏移信息
1> 1    | 8 (Bd(B+4)A)            //找到虛基類的偏移信息
1>B::$vftable@A@:                //虛表
1>    | -12
1> 0    | &B::f    基類佈局在最後面

派生類中新增一個虛函數指針，指向一張新的虛表，存放派生類新增的虛函數，可以更快的訪問到

所以，兩個虛函數指針，一個虛基指針，兩個int類型變數，共20B

 

 

 

 測試三：多重繼承（帶虛函數）

3.1、普通多重繼承，帶虛函數，自己有新增虛函數
28   //Base1中 f() g() h() , Base2中 f() g() h() , Base3中 f() g() h() Derived 中 f() g1() 
1>class Derived    size(28):
1>    +---
1> 0    | +--- (base class Base1)            //基類有自己的虛函數表，基類的佈局按照被繼承時的順序排列
1> 0    | | {vfptr}                         // 3個虛函數指針指向不同虛表
1> 4    | | _iBase1
1>    | +---
1> 8    | +--- (base class Base2)
1> 8    | | {vfptr}
1>12    | | _iBase2
1>    | +---
1>16    | +--- (base class Base3)
1>16    | | {vfptr}
1>20    | | _iBase3
1>    | +---
1>24    | _iDerived
1>    +---
1>Derived::$vftable@Base1@:
1>    | &Derived_meta
1>    |  0
1> 0    | &Derived::f(虛函數的覆蓋)    //第一個虛函數表中存放真實的被覆蓋的虛函數地址，其他虛函數表中存放跳轉地址
1> 1    | &Base1::g
1> 2    | &Base1::h
1> 3    | &Derived::g1        (新的虛函數，直接放在基類之後，加快查找速度)
1>Derived::$vftable@Base2@:
1>    | -8
1> 0    | &thunk: this-=8; goto Derived::f   //虛函數表還可以存放跳轉指令
1> 1    | &Base2::g
1> 2    | &Base2::h
1>Derived::$vftable@Base3@:
1>    | -16
1> 0    | &thunk: this-=16; goto Derived::f
1> 1    | &Base3::g
1> 2    | &Base3::h

Base1、Base2、Base3中各有一個虛函數指針指向自己的虛表，有4個int類型的數據成員，共占28B

第一個虛函數表中存放真實的被覆蓋的虛函數地址，其他虛函數表中存放跳轉地址

3.2、虛擬多重繼承，帶虛函數，自己有新增虛函數(只有第一個是虛繼承)
32  Base1是虛繼承
1>class Derived    size(32):    //多一個虛基指針
1>    +---
1> 0    | +--- (base class Base2)
1> 0    | | {vfptr}
1> 4    | | _iBase2
1>    | +---
1> 8    | +--- (base class Base3)
1> 8    | | {vfptr}
1>12    | | _iBase3
1>    | +---
1>16    | {vbptr}
1>20    | _iDerived
1>    +---
1>    +--- (virtual base Base1)
1>24    | {vfptr}
1>28    | _iBase1
1>    +---
1>Derived::$vftable@Base2@:
1>    | &Derived_meta
1>    |  0
1> 0    | &Derived::f    //第一個虛函數表中存放真實的被覆蓋的虛函數地址，其他虛函數表中存放跳轉地址
1> 1    | &Base2::g
1> 2    | &Base2::h
1> 3    | &Derived::g1
1>Derived::$vftable@Base3@:
1>    | -8                                //去找Derived::f
1> 0    | &thunk: this-=8; goto Derived::f
1> 1    | &Base3::g
1> 2    | &Base3::h
1>Derived::$vbtable@:   //虛基表
1> 0    | -16
1> 1    | 8 (Derivedd(Derived+16)Base1)
1>Derived::$vftable@Base1@:
1>    | -24
1> 0    | &thunk: this-=24; goto Derived::f
1> 1    | &Base1::g
1> 2    | &Base1::h

虛擬繼承會將派生類的邏輯存到前面，Base1是虛繼承，所以記憶體中的存放順序為 Base2、Base3、Derived、Base1

所占空間大小，在上面一個例子基礎上，多一個虛基指針，所以占32B

虛基指針向上偏移16B得到派生類對象首地址，向下偏移8B找到虛基類

3.3、虛擬多重繼承，帶虛函數，自己有新增虛函數(三個都是虛繼承)
36
1>class Derived    size(36):    //多一張虛表
1>    +---
1> 0    | {vfptr}                         //以空間換時間   新增虛函數，多張虛表
1> 4    | {vbptr}
1> 8    | _iDerived
1>    +---
1>    +--- (virtual base Base1)
1>12    | {vfptr}
1>16    | _iBase1
1>    +---
1>    +--- (virtual base Base2)
1>20    | {vfptr}
1>24    | _iBase2
1>    +---
1>    +--- (virtual base Base3)
1>28    | {vfptr}
1>32    | _iBase3
1>    +---
1>Derived::$vftable@Derived@:
1>    | &Derived_meta
1>    |  0
1> 0    | &Derived::g1
1>Derived::$vbtable@:
1> 0    | -4
1> 1    | 8 (Derivedd(Derived+4)Base1)　　//vbptr偏移8B找到虛基類Base1
1> 2    | 16 (Derivedd(Derived+4)Base2)  // vbptr偏移16B找到虛基類Base2
1> 3    | 24 (Derivedd(Derived+4)Base3)
1>Derived::$vftable@Base1@:
1>    | -12
1> 0    | &Derived::f
1> 1    | &Base1::g
1> 2    | &Base1::h
1>Derived::$vftable@Base2@:
1>    | -20
1> 0    | &thunk: this-=8; goto Derived::f
1> 1    | &Base2::g
1> 2    | &Base2::h
1>Derived::$vftable@Base3@:
1>    | -28
1> 0    | &thunk: this-=16; goto Derived::f
1> 1    | &Base3::g
1> 2    | &Base3::h

虛擬繼承會將派生類的邏輯存到前面，3個Base都是虛繼承，所以記憶體中的存放順序為Derived、Base1、 Base2、Base3

在上一個例子的基礎上，多一張虛表，所以占36B

 

 

 測試四、菱形虛繼承

4.1、菱形普通繼承(存儲二義性)
48  B1、B2繼承B；D繼承B1、B2
class D    size(48):
1>    +---
1> 0    | +--- (base class B1)
1> 0    | | +--- (base class B)
1> 0    | | | {vfptr}
1> 4    | | | _ib             //存儲二義性
1> 8    | | | _cb  //1
1>      | | | <alignment member> (size=3) //記憶體對齊
1>    | | +---
1>12    | | _ib1
1>16    | | _cb1
1>      | | <alignment member> (size=3)
1>    | +---
1>20    | +--- (base class B2)
1>20    | | +--- (base class B)
1>20    | | | {vfptr}
1>24    | | | _ib           //存儲二義性
1>28    | | | _cb
1>      | | | <alignment member> (size=3)
1>    | | +---
1>32    | | _ib2
1>36    | | _cb2
1>      | | <alignment member> (size=3)
1>    | +---
1>40    | _id
1>44    | _cd
1>      | <alignment member> (size=3)
1>    +---
1>D::$vftable@B1@:
1>    | &D_meta
1>    |  0
1> 0    | &D::f
1> 1    | &B::Bf
1> 2    | &D::f1
1> 3    | &B1::Bf1
1> 4    | &D::Df
1>D::$vftable@B2@:
1>    | -20
1> 0    | &thunk: this-=20; goto D::f
1> 1    | &B::Bf
1> 2    | &D::f2
1> 3    | &B2::Bf2

B的數據成員有兩份，造成了存儲二義性，共占48B

4.2、菱形虛擬繼承        B1、B2虛擬繼承B；D普通繼承B1、B2
52
1>class D    size(52):
1>    +---
1> 0    | +--- (base class B1)        //基類B1
1> 0    | | {vfptr}
1> 4    | | {vbptr}        // +36 找到虛基類
1> 8    | | _ib1
1>12    | | _cb1
1>      | | <alignment member> (size=3)
1>    | +---               
1>16    | +--- (base class B2)      //基類B2
1>16    | | {vfptr}
1>20    | | {vbptr}      // +20找到虛基類
1>24    | | _ib2
1>28    | | _cb2
1>      | | <alignment member> (size=3)
1>    | +---
1>32    | _id          //派生類D
1>36    | _cd
1>      | <alignment member> (size=3)
1>    +---
1>    +--- (virtual base B)   //基類B
1>40    | {vfptr}
1>44    | _ib
1>48    | _cb
1>      | <alignment member> (size=3)
1>    +---
1>D::$vftable@B1@:
1>    | &D_meta
1>    |  0
1> 0    | &D::f1    // D中覆蓋了
1> 1    | &B1::Bf1 //新增
1> 2    | &D::Df   //D中新增，放到B1的虛函數表中
1>D::$vftable@B2@:
1>    | -16
1> 0    | &D::f2     // D中覆蓋了
1> 1    | &B2::Bf2  //新增
1>D::$vbtable@B1@:
1> 0    | -4        //距離派生類對象B1首地址偏移  -4
1> 1    | 36 (Dd(B1+4)B)
1>D::$vbtable@B2@:
1> 0    | -4        //距離派生類對象B2首地址偏移  -4
1> 1    | 20 (Dd(B2+4)B)
1>D::$vftable@B@:
1>    | -40
1> 0    | &D::f
1> 1    | &B::Bf

B1、B2各有虛基指針

存儲順序本來是：派生類B1、基類B、派生類B2、基類B、派生類D

存儲順序：派生類B1、派生類B2、派生類D、基類B（基類放到後面，解決了存儲二義性）

 


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