Microsoft Visual C++虚拟多继承 对象模型初步分析

Microsoft Visual C++虚拟多继承 对象模型初步分析

                                                                                     狄骏锋  2004/8/25
                                                                                                       
前些日子看 <<Inside  the  c++ object module>> 一书，很受启发。因此对Microsoft Visual C++在虚拟多继承的情况下进行了分析。请高手指正，相互学习。

以如下例子说明：
class A{

public:
 A():k(50){};
 virtual void fun() { cout << "funA" << endl; }
 int k;

};

class B: virtual public  A {
public:
  virtual void fun() { cout << "funB" << endl; }
  virtual void funB(){cout << "funBB "<<endl;};
  B():i(70){};
  int i;
};

class C: virtual public  A {
public:
  virtual void fun() { cout << "funC" << endl; }
  C():i(30){};
  int i;
 
};

class D :public B,public C
{
public:
 virtual void fun(){cout << "funD"<<endl;};
 virtual void funD(){cout << "funDD "<<endl;};
 D():d(100){}; 
 int d;
};

经分析A,B,C,D对象的内存结构图如下：
 
--------     ---------           
|Vptr  |---->|A::fun |          
|-------     ---------
|  k   |
--------
 对象A的内存结构图

------------------
| Vptr (class B) |-----> 指向B中非重载虚函数列表，例B::funB
------------------
| 偏移量，值为12 |------> 编译器插进的指针，为距离底下Vptr的偏移量
------------------
|    i   (B::i)  |
------------------
|  0  (编译器插入|
|  4个字节值为0) |
------------------      ----------
|    Vptr        |----->| B::fun |
------------------      ---------- 
|    k    (A::k) |
-------------------

对象B的内存结构图

------------------
| Vptr (class C) |--->指向C中非重载的虚函数列表，因C无非重载的虚函数,访问出错。
------------------
|    i   (C::i)  |
------------------
|  0  (编译器插入|
|  4个字节值为0) |
------------------      ----------
|    Vptr        |----->| C::fun |
------------------      ---------- 
|    k    (A::k) |
-------------------

对象C的内存结构图

------------------
| Vptr (class D) |-----> 为B中非重载虚函数和D中非重载虚函数列表，例为B::funB,  D::funD
------------------
| 偏移量，值为24 |------> 编译器插进的指针，为距离底下Vptr的偏移量
------------------
|    i   (B::i)  |
------------------
|  Vptr (Class C)|----->指向C中非重载的虚函数列表，因C无非重载的虚函数，访问出错
------------------
|   i   (C::i)   |
------------------
|   d   (D::d)   |
------------------
|  0  (编译器插入|
|  4个字节值为0) |
------------------      ----------
|    Vptr        |----->| D::fun |
------------------      ---------- 
|    k    (A::k) |
-------------------

对象D的内存结构图

由此得出以下结论：
1． 在处理虚拟多继承时，子类（例中 B, C）顶部第一个指针为指向自己类虚函数表，
         不包括虚拟继承基类的虚函数列表。即虚拟基类虚函数和子类虚函数分开处理。

2． 在子类有非重载虚函数存在的情况下，编译器在接下来的4个字节插入一个偏移量指针，
         值为距离底下Vptr指针的偏移量。

3． 上图B C D 中底下的Vptr指针通过thunk技术，自动指向子类的重载虚函数列表。

4． 编译器在Vptr指针上面插入4个字节的0。

5． D的内存结构图的第一个Vptr指向的虚函数列表遵循如下规则：虚函数表为第一个父类
         （例为B）中非重载虚函数和D中非重载虚函数合成的列表。若第一个父类（例为B）
          中无非重载虚函数，则为第二个父类（例为C）中非重载虚函数和D中非重载虚函数合
          成的列表。

付测试函数：稍修改即可测试其他情况。
typedef void (*Fun)(void);

int main() {

  D objClass;
  D d;
 cout << sizeof(A)<<endl;
 cout << sizeof(B)<<endl; 
 cout << sizeof(C)<<endl;
 cout << sizeof(D)<<endl;

  cout << "Address of virtual pointer " << (&objClass+0) << endl; 
  cout << "Value at virtual pointer i.e. Address of virtual table " 
       << (int*)*(int*)(&objClass+0) << endl;
  cout << "Value at first entry of virtual table " 
       << (int*)*(int*)*(int*)(&objClass+0) << endl;
  cout << endl << "Executing virtual function" << endl << endl;
  Fun pFun = (Fun)(*((int*)*(int*)(&objClass+0)+0));
  pFun();

  cout << "Address of virtual pointer " << (int *)((char * )&d+28) << endl; 
  cout << "Value at virtual pointer i.e. Address of virtual table " 
       << (int*)*(int*)((char *)&d+28) << endl;
  cout << "Value at first entry of virtual table "
       << (int*)*(int*)*(int*)((char *)&d+28) << endl; 
  cout << endl << "Executing virtual function" << endl << endl;
  Fun pFun2 = (Fun)(*((int*)*(int*)((char *)&d+28)+0));
  pFun2();

  return 0;
}