C++继承、虚继承、虚函数类的大小问题

来源：互联网发布：linux环境变量文件编辑：程序博客网时间：2024/04/29 11:11

一、真空类

class CNull{};

长度：1

内存结构：

??

评注：长度其实为0，这个字节作为内容没有意义，可能每次都不一样。

二、空类

class CNull2{

public:

    CNull2(){

      printf("Construct\n");

    ~CNull2(){

      printf("Desctruct\n");

    void Foo(){

      printf("Foo\n");

};

长度：1

内存结构：

??

评注：同真空类差不多，内部的成员函数并不会影响类大小。

三、简单类

class COneMember{

public:

    COneMember(int iValue = 0){m_iOne = iValue;};

private:

    int m_iOne;

};

长度：4

内存结构：

00 00 00 00 //m_iOne

评注：成员数据才影响类大小。

四、简单继承

class CTwoMember:public COneMember{

private:

    int m_iTwo;

};

长度：8

内存结构：

00 00 00 00 //m_iOne

CC CC CC CC //m_iTwo

评注：子类成员接在父类成员之后。

五、再继承

class CThreemember:public CTwoMember{

public:

    CThreemember(int iValue=10) {m_iThree = iValue;};

private:

    int m_iThree;

};

长度：12

内存结构：长度：12

00 00 00 00 //m_iOne

CC CC CC CC //m_iTwo

0A 00 00 00 //m_iThree

评注：孙类成员接在子类之后，再再继承就依此类推了。

六、多重继承

class ClassA{

public:

    ClassA(int iValue=1){m_iA = iValue;};

private:

    int m_iA;

};

class ClassB{

public:

    ClassB(int iValue=2){m_iB = iValue;};

private:

    int m_iB;

};

class ClassC{

public:

    ClassC(int iValue=3){m_iC = iValue;};

private:

    int m_iC;

};

class CComplex :public ClassA, public ClassB, public ClassC{

public:

    CComplex(int iValue=4){m_iComplex = iValue;};

private:

    int m_iComplex;

};

长度：16

内存结构：

01 00 00 00  //A

02 00 00 00  //B

03 00 00 00  //C

04 00 00 00  //Complex

评注：也是父类成员先出现在前边，我想这都足够好理解。

七、复杂一些的继承

不写代码了，怕读者看了眼花，改画图。

长度：32

内存结构：

01 00 00 00 //A

02 00 00 00 //B

03 00 00 00 //C

04 00 00 00 //Complex

00 00 00 00 //OneMember

CC CC CC CC //TwoMember

0A 00 00 00 //ThreeMember

05 00 00 00 //VeryComplex

评注：还是把自己的成员放在最后。

只要没涉及到“虚”（Virtual），我想没什么难点，不巧的是“虚”正是我们要研究的内容。

八、趁热打铁，看“虚继承”

class CTwoMember:virtual public COneMember{

private:

    int m_iTwo;

};

长度：12

内存结构：

E8 2F 42 00 //指针，指向一个关于偏移量的数组，且称之虚基类偏移量表指针

CC CC CC CC // m_iTwo

00 00 00 00 // m_iOne（虚基类数据成员）

评注：virtual让长度增加了4，其实是多了一个指针，关于这个指针，确实有些复杂，别的文章有具体分析，这里就不岔开具体讲了，可认为它指向一个关于虚基类偏移量的数组，偏移量是关于虚基类数据成员的偏移量。

九、“闭合”虚继承，看看效果

长度：24

内存结构：

14 30 42 00 //ClassB的虚基类偏移量表指针

02 00 00 00 //m_iB

C4 2F 42 00 //ClassC的虚基类偏移量表指针

03 00 00 00 //m_iC

04 00 00 00 //m_iComplex

01 00 00 00 //m_iA

评注：和预料中的一样，虚基类的成员m_iA只出现了一次，而且是在最后边。当然了，更复杂的情况要比这个难分析得多，但虚继承不是我们研究的重点，我们只需要知道：虚继承利用一个“虚基类偏移量表指针”来使得虚基类即使被重复继承也只会出现一次。

十、看一下关于static成员

class CStaticNull{

public:

    CStaticNull(){

      printf("Construct\n");

    ~CStaticNull(){

      printf("Desctruct\n");

    static void Foo(){

      printf("Foo/n");

    static int m_iValue;

};

长度：1

内存结构：（同CNull2）

评注：可见static成员不会占用类的大小，static成员的存在区域为静态区，可认为它们是“全局”的，只是不提供全局的访问而已，这跟C的static其实没什么区别。

十一、带一个虚函数的空类

class CVirtualNull{

public:

    CVirtualNull(){

      printf("Construct\n");

    ~CVirtualNull(){

      printf("Desctruct\n");

    virtual void Foo(){

      printf("Foo\n");

};

长度：4

内存结构：

0042503C:（虚表） 41 10 40 00 //指向虚函数Foo的指针

评注：带虚函数的类长度就增加了4，这个4其实就是个指针，指向虚函数表的指针，上面这个例子中虚表只有一个函数指针，值就是“0x00401041”，指向的这个地址就是函数的入口了。

十二、继承带虚函数的类

class CVirtualDerived : public CVirtualNull{

public:

    CVirtualDerived(){m_iVD=0xFF;};

    ~CVirtualDerived(){};

private:

    int m_iVD;

};

长度：8

内存结构：

3C 50 42 00 //虚表指针FF 00 00 00 //m_iVD

0042503C:（虚表）23 10 40 00 //指向虚函数Foo的指针，如果这时候创建一个CVirtualNull对象，会发现它的虚表的内容跟这个一样

评注：由于父类带了虚函数，子类就算没有显式声明虚函数，虚表还是存在的，虚表存放的位置跟父类不同，但内容是同的，也就是对父类虚表的复制。

十三、子类有新的虚函数

class CVirtualDerived: public CVirtualNull{

public:

    CVirtualDerived(){m_iVD=0xFF;};

    ~CVirtualDerived(){};

    virtual void Foo2(){

      printf("Foo2\n");

};

private:

    int m_iVD;

};

长度：8

内存结构：

24 61 42 00 //虚表指针FF 00 00 00 //m_iVD

00426124:（虚表）23 10 40 0050 10 40 00

评注：虚表还是只有一张，不会因为增加了新的虚函数而多出另一张来，新的虚函数的指针将添加在复制了的虚表的后面。

十四、当纯虚函数（pure function）出现时

class CPureVirtual{

    virtual void Foo() = 0;

};

class CDerivePV : public CPureVirtual{

    void Foo(){

      printf("vd: Foo/n");

};

};

长度：sizeof（CPureVirtual）= 4

sizeof（CDerivePV） = 4

内存结构：

CPureVirtual:（不可实例化）

CDerivePV:

28 50 42 00 //虚表指针

00425028:（虚表）5A 10 40 00 //指向Foo的函数指针

评注：带纯虚函数的类不可实例化，因此列不出其“内存结构”，由其派生类实现纯虚函数。我们可以看到CDerivePV虽然没有virtual声明，但由于其父类带virtual，所以还是继承了虚表，如果CDerivePV有子类，还是这个道理。

十五、虚函数类的多重继承

前面提到：（子类的虚表）不会因为增加了新的虚函数而多出另一张来，但如果有多重继承的话情况就不是这样了。下例中你将看到两张虚表。

大小：24

内存结构：

F8 50 42 00 //虚表指针 =》4*2

01 00 00 00 //m_iA

02 00 00 00 //m_iB

E8 50 42 00 //虚表指针=》4*2

03 00 00 00 //m_iC

04 00 00 00 //m_iComplex

004250F8:（虚表）=》4*1

5A 10 40 00 //Foo

55 10 40 00 //FooB

64 10 40 00 //FooComplex

004250E8:（虚表）=》4*1

5F 10 40 00 //FooC

总：4*2+4*2+4+4=24

评注：子类的虚函数接在第一个基类的虚函数表的后面，所以B接在A后面，Complex接在B后面。基类依次出现，子类成员接在最后面，所以m_iComplex位于最后面。注意虚表与续表指针的区别。

十六、包含虚函数类的虚继承

class VirtualInheritance{

    char k[3];

public:

    virtual void aa(){};

};

class sonClass1: public virtual VirtualInheritance{

    char j[3];

public:

    virtual void bb(){};

};

class sonClass2: public virtual sonClass1

    char f[3];

public:

    virtual void cc(){};

};

int main()

    cout << "sizeof(VirtualInheritance):" << sizeof(VirtualInheritance) << endl;

    cout << "sizeof(sonClass1):" << sizeof(sonClass1) << endl;

    cout << "sizeof(sonClass2):" << sizeof(sonClass2) << endl;

    return 0;

输出的结果：

visio studio： 8，20，32

gcc： 8，16，24

评注：

对于VirtualInheritance类，大小为8，没有异议，他有个虚表指针vtp_VirtualInheritanc;

对于sonClass1类：

在visio studio 编译器下，大小为20。

由于是虚拟继承，

有自己的虚函数，所以先拥有一个自己的虚函数指针vpt_sonClass1，大小为4，指向自己的虚表；

还要有一个char[3]，大小为4；

为了实现虚拟继承，首先sonClass1加入了一个指向其父类的虚类指针，记作vtp_sonClass1_VirtualInheritanc，大小为4；

然后在加上父类的所有大小8，所以总共是20字节。

在gcc编译器下，大小为16，没有计算子类中指向父类的虚类指针vtp_sonClass1_VirtualInheritanc的大小。

对于sonClass2：

在visio studio环境下，大小为32。

和上面一样，子类拥有char[3]，大小为4字节，

因为是虚继承，还有自己的虚函数，所以拥有自己的一个虚表指针，vtp_sonClass2，大小为4字节。

然后还有一个指向父类的虚类指针vtp_sonClass2_sonClass1，大小为4。

最后加上其父类的总大小20，所以总的大小为4+4+4+20=32；

在gcc环境下，没有计算虚类指针的大小，即4+4+16=24。

17、包含虚函数的多重普通、虚拟混合继承

class VirtualInheritance

    char k[3];

public:

    virtual void aa(){};

};

class sonClass1: public virtual VirtualInheritance

    char j[3];

public:

    virtual void bb(){};

};

class VirtualInheritance2

    char l[3];

public:

    virtual void dd(){};

};

class sonClass2: public virtual sonClass1,public VirtualInheritance2{

    char f[3];

public:

   virtual void cc(){};

};

int main()

    cout << "sizeof(VirtualInheritance):" << sizeof(VirtualInheritance) << endl;

    cout << "sizeof(sonClass1):" << sizeof(sonClass1) << endl;

    cout << "sizeof(sonClass2):" << sizeof(sonClass2) << endl;

    return 0;

输出的结果：

visio studio： 8，20，36

gcc： 8，16，28

评注：

在在visio studio环境下此时sonClass2的大小变成36。

和16不同的是，此时sonClass2是多重继承，其中一个是虚继承，一个普通继承，他的大小在visio studio中变成36，相比16增加了4，这刚好是char l[3]的大小，因为sonClass2中已经有了一个虚表，所以在他原有的虚表中多一条记录即可。

在gcc环境下，没有计算虚类指针的大小，即4+4+4+16=28。

18、包含虚函数的多重虚拟继承

class VirtualInheritance{

    char k[3];

public:

    virtual void aa(){};

};

class sonClass1: public virtual VirtualInheritance{

    char j[3];

public:

    virtual void bb(){};

};

class VirtualInheritance2{

    char l[3];

public:

    virtual void dd(){};

};

class sonClass2: public virtual sonClass1,public virtual VirtualInheritance2{

    char f[3];

public:

   virtual void cc(){};

};

int main()

    cout << "sizeof(VirtualInheritance):" << sizeof(VirtualInheritance) << endl;

    cout << "sizeof(sonClass1):" << sizeof(sonClass1) << endl;

    cout << "sizeof(sonClass2):" << sizeof(sonClass2) << endl;

    return 0;

输出的结果：

visio studio： 8，20，40

gcc： 8，16，32

评注：

此时sonClass2的大小变成40。与17不同的是，sonClass2的多重继承都是虚拟继承。sonClass2的大小由以下几部分构成：

1.自己本身的大小，char[3] 大小为4，一个虚函数，所以有个指向虚表的指针，大小为4，所以自身大小总的为8；

2.虚拟继承sonClass1，因为虚拟继承所以有个虚类指针ptr_sonClass2_sonClass1，大小为4，而sonClass1的大小为20，所以虚拟继承sonClass1的大小为24；

3.虚拟继承VirtualInheritance2，一个虚类指针ptr_sonClass2_VirtualInheritance2=ptr_sonClass2_sonClass1+偏移量，该指针和ptr_sonClass2_sonClass1公用一个指针，只是偏移量不同，所以大小为0（即使再多继承几个virtual class，这个指针的大小只算一次），而VirtualInheritance2的大小为8，所以总的大小为8。

所以40=8+24+8

总结：

1，普通单继承，只需将自身成员变量的大小加上父类大小（父类中有虚函数，子类中不管有没有）若父类没有虚函数，则子类大小需要加上指向虚表的指针大小。

2，普通多继承，若几个父类都有虚表，则子类与第一个父类公用一个虚表指针，其他有几个有虚函数的父类则就有几个虚表指针。

3，虚拟单继承，此时若子类有虚函数则加上一个自身的虚表指针的大小，（若没有则不加）再加上自身的成员变量大小，还要加上一个虚类指针ptr_sonclass_fatherclass，最后加上父类的大小。

4，多重虚拟继承，此时若子类有虚函数则加上一个自身的虚表指针的大小，（若没有则不加）再加上自身的成员变量大小，还要加上一个公用的虚类指针（不管有几个虚拟父类，只加一个），在加上所有父类的大小。

5、普通、虚拟混合多继承，此时子类的大小为自身大小（若子类或普通父类有虚函数，则为成员变量+虚表指针大小；若都没虚函数，则就为成员变量大小），加上一个虚类指针大小，在加上虚拟父类的大小，在加上普通父类的大小（除虚表指针，因为它和子类公用一个虚表指针）。

0 0