C++类对象内存模型与成员函数调用分析（下）

C++类对象内存模型与成员函数调用分析（下）

（文章转载于  http://blog.csdn.net/fairyroad/article/details/6376646）

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; returnnull;}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; returnnull;}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：

再次说明一下，因为我们注释掉了虚析构函数那一行，所以上面的输出中没有Child::~Child()之类的信息。所以，我们的猜想图8是正确的。

根据《Inside The C++ Object Model》一书，关于多重继承主要有三种情况要仔细考虑，对着图8，这三种情况其实都是浮云。

        通过一个“指向第二个父类，如Parent2”的指针，调用子类的虚拟函数。请看代码段11：

        Parent2* pP2 = new Child;        // 下面的代码将调用Child::~Child()        // 因此pP2必须被向后调整sizeof(Parent1)个bytes,由编译器和运行期信息参与完成        delete pP2;

还是回到图8，注意到一个问题，Parent1和Child指针所指向的位置是一样的(如果都是取的同一个Child对象的地址)，但是Parent2不是，它与Parent1和Child的指针之间存在一个偏移量，看下面的代码就知道了：

Child c;Parent1* pP1 = &c;Parent2* pP2 = &c;Child* pC = &c;cout<<pP1<<"/n"<<pC<<"/n"<<pP2<<"/n/n";

运行结果如下图：

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。

• 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();

• 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：

• 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；
• 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：

• 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；
• 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）；
• 对于虚拟成员函数，则借助vtbl和vptr支持。
• 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

• Inside The C++ Object Model，Lippaman，第1、2、4章。
• C++对象内存布局，陈皓专栏， http://blog.csdn.net/haoel/archive/2008/10/15/3081328.aspx