Ｃ＋＋对象模型［下］

2.4.2 多重继承下的虚拟函数

多重继承下的虚拟函数主要有一下几个麻烦：

1.         几个父类都声明了相同原型的virtual函数；

2.         有不止一个父类将其析构函数声明为虚拟；

3.         一般的虚拟函数问题；

先给出代码段9。

class Parent1{

public:

   Parent1() : data_parent1(0.0){}

   virtual ~Parent1(){cout<<"Parent1::~Parent1()"<<endl;}

   virtual void speakClearly(){cout<<"Parent1::speakClearly()"<<endl;}

   virtual Parent1* clone() const{cout<<"Parent1::clone()"<<endl; return null;}

protected:

   int data_parent1;

};

 

class Parent2{

public:

   Parent2() : data_parent2(1.0){}

   virtual ~Parent2(){cout<<"Parent2::~Parent2()"<<endl;}

   virtual void mumble(){cout<<"Parent2::mumble()"<<endl;}

   virtual Parent2* clone() const{cout<<"Parent2::clone()"<<endl; return null;}

protected:

   int data_parent2;

};

 

class Child : public Parent1, public Parent2

{

public:

   Child() : data_child(2.0){}

   virtual ~Child(){cout<<"Child::~Child()"<<endl;}

   virtual Child* clone() const{cout<<"Child::clone()"<<endl; return null;}

protected:

   int data_child;

};

就内存布局而言，有了前面的基础了，猜得出来大概是个什么样子了。好吧，我们就先猜一把，然后再写段代码验证验证。对于数据成员，多重继承使用的就是各自分配一段空间“叠放”在一起，如之前的图4所示。对于虚拟函数，其实就是多了个vptr嘛，也放进去不久结了吗？

嗯，所以我们可以猜想了，见图8。

接下来就是调试验证了，调试代码段10如下：

typedef void(*Fun)(void);

 

int main()

{

    Child c;

    Fun pFun;

 

    int** pVtbl = (int**)&c;

 

    cout << "[0] Parent1::_vptr->" << endl;

    pFun = (Fun)pVtbl[0][0];

    cout << "     [0] ";

    pFun();

 

    pFun = (Fun)pVtbl[0][1];

    cout << "     [1] ";

    pFun();

 

    cout << "    Parent1.data_parent1 = " << (int)pVtbl[1] << endl;

 

    int s = sizeof(Parent1)/4;

    cout << "[" << s << "] Parent2::_vptr->"<<endl;

    pFun = (Fun)pVtbl[s][0];

    cout << "     [0] "; pFun();

 

    pFun = (Fun)pVtbl[s][1];

    cout << "     [1] "; pFun();

 

    s++;

    cout << "    Parent2.data_parent2 = " << (int)pVtbl[s] << endl;

 

    s++;

    cout << "[3] Child.data_child = " << (int)pVtbl[s] << endl;

}

需要的是，这段代码的运行要将虚析构函数注释掉，理由应该很好理解吧，对象都被析构掉了，指针也就成为悬挂指针了，SIGSEGV就会触发。Code::Blocks(GCC 4.5.2)下运行结果如下：

 

pP1与pC内容一样，pP2与pP1和pC之间存在8个字节的偏移量（8个字节是由一个4字节int变量和一个4字节指针引起的）。

对于代码段11，因为pP2指向Child对象中Parent2子对象处，为了能够正确执行，pP2必须调整到Child对象起始处。

1.       通过一个“指向Child类”的指针，调用Parent2中一个继承而来的虚拟函数。在这种情况下，子类指针必须再次被调整，以指向第二个父类Parent2处。例如：

Child* pC = new Child;

// 调用Parent2::mumble()

// pC必须被向前调整sizeof(Parent1)个bytes,由编译器和运行期信息参与完成

pC->mumble();

2.       第三种情况发生在一个语言扩充性质之下：允许一个虚拟函数的返回值类型有所变化（注意，返回值类型不是激活C++重载机制的充分条件），可能是父类类型，也可能是子类类型，这一点通过clone()函数来描述，看下面代码：

Parent2* pP1 = new Child;

// 调用Child* Child::clone()

// 返回值必须被调整，以指向Parent2子对象,由编译器和运行期信息参与完成

Parent2* pP2 = pP1->clone();

当进行pP1->clone()时，pP1会被调整到指向Child对象的起始地址，于是clone的Child版会被调用，它会传回一个指针，指向一个新的Child对象，该对象的地址在被指定给pP2之前，必须经过调整，以指向Parent2子对象处。

之前的注释中都有一句话，“XXX必须被调整，以指向Parent2子对象,由编译器和运行期信息参与完成”，确实，就是编译器会去做的事情，我们也不用管，因为这也是compiler-dependent的。

2.4.3 虚继承下的虚拟函数

虚拟继承的出现就是为了解决重复继承中多个间接父类的问题的，经典继承结构图就是环形继承链:

class PP {……};

class P1 : virtual public PP{……};

class P2: virtual public PP{……};

class C : public P1, public P2{…… };

虚拟继承是个有点麻烦乃至无聊的东西，实践中不被推荐，一般来说：

1)      先是P1，然后是P2，接着是C，而PP这个超类都放在最后的位置；

2)      各个类内部的布局与多重继承一样；

3、C++对象模型总结

大道至简，如果理解了前面的文字，下面四句话应该就差不多了：

l  非静态数据成员都存放在对象所跨有的地址空间中，静态数据成员则存放于对象所跨有的地址空间之外；

l  非虚拟成员函数（静态和非静态）也存放于对象所跨有的地址空间之外，且编译器将其改写为普通的非成员函数的形式（以求降低调用开销）；

l  对于虚拟成员函数，则借助vtbl和vptr支持。

l  对于继承关系，子类对象跨有的地址空间中包含了父类对象的实体，通过嵌入type-info信息进行识别和虚函数调用。

4、参考资料

[1] Inside The C++ Object Model，Lippaman，第1、2、4章。

[2] C++对象内存布局，陈皓专栏， http://blog.csdn.net/haoel/archive/2008/10/15/3081328.aspx