c++中包含empty virtual base class 类的sizeof结果分析

背景

类的继承关系如下

class Base{};class First:public virtual Base{};class Second:public virtual Base{};class Top:public First,public Second{};

考虑如下运算的结果

sizeof Basicsizeof Firstsizeof Secondsizeof Top

答案

有两个版本的结果

版本1

sizeof Basic = 1sizeof First = 8sizeof Second = 8sizeof Top = 12

版本2（编译器优化版本）

sizeof Basic = 1sizeof First = 4sizeof Second = 4sizeof Top = 8

解析

版本1

Basic大小为1：

编译器为了让Base这一空虚基类的每一个实例拥有不同的内存地址，也就是说为了区分Base的不同实例，向其中添加了一个影藏的char。

Base a,b;if(&a != &b)   //这一句就是添加char的动机{    std::cout<<"a和b当然不是同一个实例"；}

First和second的大小为8：

这个就有趣了。

首先，毫无疑问子类中有基类的1个字节

其次，由于该类含有虚基类，所以编译器给它安插了一个指针（我们暂且叫做vptr），用来指向虚机类的地址（或者偏移量），指针在32位的应用中为4字节

最后，还有3字节是啥？这3字节用来内存对齐（alignment）。为了附和某些底层机制，数据结构最好为4的整数倍大小，这样程序的运行会得到最高的效率，所以这儿补充了   额外的3字节空内容。

这里有个问题：为啥First和Second也为空的类，就不用添加那一个char呢？我是这么理解的：对于编译器来说，First和Second中有一个vptr所以编译器不认为这两个类是空的，自然不用添加那一个char

Top的大小为12：

先明确虚基类的意义：虚基类确保继承链中只有该虚基类的一个唯一实例。也就是说Top中不会因为First和Second的两个分支而带来两个Base基类成分，所有分支共享一个Base实例。好，我们来算大小。

首先，唯一一个来自虚基类的成分，大小为1字节。

其次，First和Second中除去虚基类的成分各有4个字节。

最后，这时大小为9，补位又来了，补到12字节。

版本2

版本2源于编译器对empty virtual base class 的优化，摘抄一段《inside the c++ object model》的原文

Under this strategy, an empty virtual base class is treated as being coincident with the beginning of the derived class object; that is, it takes up no additional space. 

这段话有点拗口，我是这么理解的：将虚基类”融合“进子类中，成为子类开头的一部分，之后为了标识这是一个继承了虚基类的类，则还得保留那个vptr，指向自己的开头。

所以我们再来看大小：

Base： 1字节，解释同上

First和Second：只有一个vptr一共4字节，此时不用补位

Top：包括First和Second，各4字节，Base已经融合到了First和Second中，不用再加，此时Top为8字节，不用补位。所以一共8字节。

后话

c++中有很多看似无法理解甚至看起来有点“脑残”的现象和规定。其实他们的出现都是有原因的，或是兼容性问题，或是语言实现本身的要求，亦或根本就是弄混了c++不同分支的规定，张冠李戴。但只要弄清这些由来，这些“脑残”的东西也就成了自然。一切都逃不过追本溯源！