C++ 对象的内存布局（重复继承）

原文：http://blog.csdn.net/haoel/article/details/3081385

下面，让我们来看看重复继承中C++对象的内存布局的情况，假设有下面这样一个类的继承关系。

所谓重复继承，也就是某个基类被间接地重复继承了多次。

 下图是一个继承图，我们重载了父类的f()函数。

 

 

 其类继承的源代码如下所示。其中，每个类都有两个变量，一个是整形（4字节），一个是字符（1字节），而且还有自己的虚函数，自己overwrite父类的虚函数。如子类D中，f()覆盖了超类的函数， f1() 和f2() 覆盖了其父类的虚函数，Df()为自己的虚函数。 

class B
{
    public:
        int ib;
        char cb;
    public:
        B():ib(0),cb('B') {}
 
        virtual void f() { cout << "B::f()" << endl;}
        virtual void Bf() { cout << "B::Bf()" << endl;}
};
class B1 :  public B
{
    public:
        int ib1;
        char cb1;
    public:
        B1():ib1(11),cb1('1') {}
 
        virtual void f() { cout << "B1::f()" << endl;}
        virtual void f1() { cout << "B1::f1()" << endl;}
        virtual void Bf1() { cout << "B1::Bf1()" << endl;}
 
};
class B2:  public B
{
    public:
        int ib2;
        char cb2;
    public:
        B2():ib2(12),cb2('2') {}
 
        virtual void f() { cout << "B2::f()" << endl;}
        virtual void f2() { cout << "B2::f2()" << endl;}
        virtual void Bf2() { cout << "B2::Bf2()" << endl;}
       
};
 
class D : public B1, public B2
{
    public:
        int id;
        char cd;
    public:
        D():id(100),cd('D') {}
 
        virtual void f() { cout << "D::f()" << endl;}
        virtual void f1() { cout << "D::f1()" << endl;}
        virtual void f2() { cout << "D::f2()" << endl;}
        virtual void Df() { cout << "D::Df()" << endl;}
       
};

我们用来存取子类内存布局的代码如下所示：（在VC++ 2003和G++ 3.4.4下）

    

      typedef void(*Fun)(void);    
      int** pVtab = NULL;
    Fun pFun = NULL;
 
    D d;
    pVtab = (int**)&d;
    cout << "[0] D::B1::_vptr->" << endl;
    pFun = (Fun)pVtab[0][0];
    cout << "     [0] ";    pFun();
    pFun = (Fun)pVtab[0][1];
    cout << "     [1] ";    pFun();
    pFun = (Fun)pVtab[0][2];
    cout << "     [2] ";    pFun();
    pFun = (Fun)pVtab[0][3];
    cout << "     [3] ";    pFun();
    pFun = (Fun)pVtab[0][4];
    cout << "     [4] ";    pFun();
    pFun = (Fun)pVtab[0][5];
    cout << "     [5] 0x" << pFun << endl;
   
    cout << "[1] B::ib = " << (int)pVtab[1] << endl;
    cout << "[2] B::cb = " << (char)pVtab[2] << endl;
    cout << "[3] B1::ib1 = " << (int)pVtab[3] << endl;
    cout << "[4] B1::cb1 = " << (char)pVtab[4] << endl;
 
    cout << "[5] D::B2::_vptr->" << endl;
    pFun = (Fun)pVtab[5][0];
    cout << "     [0] ";    pFun();
    pFun = (Fun)pVtab[5][1];
    cout << "     [1] ";    pFun();
    pFun = (Fun)pVtab[5][2];
    cout << "     [2] ";    pFun();
    pFun = (Fun)pVtab[5][3];
    cout << "     [3] ";    pFun();
    pFun = (Fun)pVtab[5][4];
    cout << "     [4] 0x" << pFun << endl;
 
    cout << "[6] B::ib = " << (int)pVtab[6] << endl;
    cout << "[7] B::cb = " << (char)pVtab[7] << endl;   
    cout << "[8] B2::ib2 = " << (int)pVtab[8] << endl;
    cout << "[9] B2::cb2 = " << (char)pVtab[9] << endl;
 
    cout << "[10] D::id = " << (int)pVtab[10] << endl;
    cout << "[11] D::cd = " << (char)pVtab[11] << endl;

 

程序运行结果如下：

 

 GCC 3.4.4 VC++ 2003 [0] D::B1::_vptr->

     [0] D::f()

     [1] B::Bf()

     [2] D::f1()

     [3] B1::Bf1()

     [4] D::f2()

     [5] 0x1

[1] B::ib = 0

[2] B::cb = B

[3] B1::ib1 = 11

[4] B1::cb1 = 1

[5] D::B2::_vptr->

     [0] D::f()

     [1] B::Bf()

     [2] D::f2()

     [3] B2::Bf2()

     [4] 0x0

[6] B::ib = 0

[7] B::cb = B

[8] B2::ib2 = 12

[9] B2::cb2 = 2

[10] D::id = 100

[11] D::cd = D

 [0] D::B1::_vptr->

     [0] D::f()

     [1] B::Bf()

     [2] D::f1()

     [3] B1::Bf1()

     [4] D::Df()

     [5] 0x00000000

[1] B::ib = 0

[2] B::cb = B

[3] B1::ib1 = 11

[4] B1::cb1 = 1

[5] D::B2::_vptr->

     [0] D::f()

     [1] B::Bf()

     [2] D::f2()

     [3] B2::Bf2()

     [4] 0x00000000

[6] B::ib = 0

[7] B::cb = B

[8] B2::ib2 = 12

[9] B2::cb2 = 2

[10] D::id = 100

[11] D::cd = D

    

下面是对于子类实例中的虚函数表的图：

 

我们可以看见，最顶端的父类B其成员变量存在于B1和B2中，并被D给继承下去了。而在D中，其有B1和B2的实例，于是B的成员在D的实例中存在两份，一份是B1继承而来的，另一份是B2继承而来的。所以，如果我们使用以下语句，则会产生二义性编译错误：

 D d;
d.ib = 0;               //二义性错误
d.B1::ib = 1;           //正确
d.B2::ib = 2;           //正确

注意，上面例程中的最后两条语句存取的是两个变量。虽然我们消除了二义性的编译错误，但B类在D中还是有两个实例，这种继承造成了数据的重复，我们叫这种继承为重复继承。重复的基类数据成员可能并不是我们想要的。所以，C++引入了虚基类的概念。