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C++对象继承中的内存布局

發(fā)布時(shí)間：2024/4/18 c/c++ 33 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 C++对象继承中的内存布局小編覺得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個(gè)參考.

虛函數(shù)表

對(duì)C++ 了解的人都應(yīng)該知道虛函數(shù)（Virtual Function）是通過一張?zhí)摵瘮?shù)表（Virtual Table）來實(shí)現(xiàn)的。簡稱為V-Table。在這個(gè)表中，主是要一個(gè)類的虛函數(shù)的地址表，這張表解決了繼承、覆蓋的問題，保證其容真實(shí)反應(yīng)實(shí)際的函數(shù)。

首先先通過一個(gè)例子來引入虛函數(shù)表，假如現(xiàn)在有三個(gè)類如下：

class A //包含虛函數(shù)的類

{

public:

?virtual void func1()

?{}

?virtual void func2()

?{}

};

class B//空類

{};

class C //包含成員函數(shù)不包含成員變量的類

{

?void fun()

?{}

};

void Test1()

{

?cout << sizeof(A) << endl;

?cout << sizeof(B) << endl;

?cout << sizeof(C) << endl;

}

就上述的代碼，將會(huì)分別輸出4，1，1

造成A的大小為4的原因就是：在A中存放了一個(gè)指向A類的虛函數(shù)表的指針。而32位下一個(gè)指針大小為4字節(jié)，所以就為4。

A類實(shí)例化后在內(nèi)存中對(duì)應(yīng)如下：

注：在虛函數(shù)表中用0來結(jié)尾。

通過內(nèi)存中的顯示我們就能知道編譯器應(yīng)該將虛函數(shù)表的指針存在于對(duì)象實(shí)例中最前面的位置，所以可以&a轉(zhuǎn)成int*，取得虛函數(shù)表的地址，再強(qiáng)轉(zhuǎn)成（int*）方便接下來可以每次只訪問四個(gè)字節(jié)大小（虛函數(shù)表可看做是一個(gè)函數(shù)指針數(shù)組，由于32位下指針是4字節(jié)，所以轉(zhuǎn)為（int*））。將取得的int*指針傳給下面的打印虛函數(shù)表的函數(shù)，就能夠打印出對(duì)應(yīng)的地址信息。

typedef void(*FUNC) ();

//int*VTavle = (int*)(*(int*)&a)

//傳參完成后就可打印出對(duì)應(yīng)的信息。

void PrintVTable(int* VTable)

{

?cout << " 虛表地址>" << VTable << endl;

?for (int i = 0; VTable[i] != 0; ++i)

?printf(" 第%d個(gè)虛函數(shù)地址 :0X%x,->", i, VTable[i]);

?FUNC f = (FUNC)VTable[i];

?f();

?cout << endl;

}

接下來就來分析各種繼承關(guān)系中對(duì)應(yīng)的內(nèi)存模型以及虛函數(shù)表

單繼承（無虛函數(shù)覆蓋）

class A

{

public:

?virtual void func1()

?cout << "A::func1" << endl;

?virtual void func2()

?cout << "A::func2" << endl;

public:

?int _a;

};

class B : public A

{

public:

?virtual void func3()

?cout << "B::func3" << endl;

?virtual void func4()

?cout << "B::func4" << endl;

public:

?int _b;

};

void Test1()

{

?B b;

?b._a = 1;

?b._b = 2;

?int* VTable = (int*)(*(int*)&b);

?PrintVTable(VTable);

}

將內(nèi)存中的顯示和我們寫的顯示虛函數(shù)表對(duì)應(yīng)起來如下：

小結(jié)：

1）虛函數(shù)按照其聲明順序放于表中。

2）父類的虛函數(shù)在子類的虛函數(shù)前面。（由于子類單繼承父類，直接使用父類的虛函數(shù)表）

一般繼承（成員變量+虛函數(shù)覆蓋）

在上面例子進(jìn)行稍微修改，使得子類中有對(duì)父類虛函數(shù)的覆蓋，進(jìn)行和之前同樣的測試：

class A

{

public:

?virtual void func1()

?cout << "A::func1" << endl;

?virtual void func2()

?cout << "A::func2" << endl;

public:

?int _a;

};

class B : public A

{

public:

?virtual void func1()

?cout << "B::func1" << endl;

?virtual void func3()

?cout << "B::func3" << endl;

public:

?int _b;

};

小結(jié)：

1）覆蓋的func()函數(shù)被放到了虛表中原來父類虛函數(shù)的位置。

2）沒有被覆蓋的函數(shù)依舊。

多重繼承（成員變量+虛函數(shù)覆蓋）

class A

{

public:

?virtual void func1()

?cout << "A::func1" << endl;

?virtual void func2()

?cout << "A::func2" << endl;

public:

?int _a;

};

class B

{

public:

?virtual void func3()

?cout << "B::func1" << endl;

public:

?int _b;

};

class C : public A , public B

{

?//覆蓋A::func1()

?virtual void func1()

?cout << "C::func1()"<<endl;

?virtual void func4()

?cout << "C::func4()" << endl;

public:

?int _c;

};

再次調(diào)試觀察：

小結(jié)：

多重繼承后的子類將與自己第一個(gè)繼承的父類公用一份虛函數(shù)表。（上述例子中A為C的第一個(gè)繼承類）

菱形繼承（成員變量 + 虛函數(shù)覆蓋）

class A

{

public:

?virtual void func1()

?cout << "A::func1" << endl;

public:

?int _a;

};

class B : public A

{

public:

?virtual void func2()

?cout << "B::func2" << endl;

public:

?int _b;

};

class C : public A

{

?virtual void func3()

?cout << "C::func3()" << endl;

public:

?int _c;

};

class D : public B , public C

{

?virtual void func2()

?cout << "D::fun2()" << endl;

?virtual void func4()

?cout << "D::fun4()" << endl;

public:

?int _d;

};

void Test1()

{

?D d;

?d.B::_a = 1;

?d.C::_a = 2;

?d._b = 3;

?d._c = 4;

?d._d = 5;

?int* VTable = (int*)(*(int*)&d);

?PrintVTable(VTable);

}

掌握了單繼承和多繼承的規(guī)律，按照總結(jié)的一步步分析，就可以最終得到D的虛函數(shù)表。

由于子類B繼承父類A，所以B與A公用一個(gè)虛函數(shù)表，又因?yàn)锽是D多繼承中的第一個(gè)繼承的類，所以B，D共用一個(gè)虛函數(shù)表。

菱形的虛擬繼承（成員變量 + 虛函數(shù)覆蓋）

參考下面這個(gè)例子：

100

101

102

103

104

class A

{

public:

?virtual void func1()

?cout << "A::func1()" << endl;

?virtual void func2()

?cout << "A::func2()" << endl;

public:

?int _a;

};

class B : virtual public A//虛繼承A，覆蓋func1()

{

public:

?virtual void func1()

?cout << "B::func1()" << endl;

?virtual void func3()

?cout << "B::func3()" << endl;

public:

?int _b;

};

class C : virtual public A //虛繼承A，覆蓋func1()

{

?virtual void func1()

?cout << "C::func1()" << endl;

?virtual void func3()

?cout << "C::func3()" << endl;

public:

?int _c;

};

class D : public B , public C//虛繼承B，C,覆蓋func1()

{

?virtual void func1()

?cout << "D::func1()" << endl;

?virtual void func4()

?cout << "D::func4()" << endl;

public:

?int _d;

};

typedef void(*FUNC) ();

void PrintVTable(int* VTable)

{

?cout << " 虛表地址>" << VTable << endl;

?for (int i = 0; VTable[i] != 0; ++i)

?printf(" 第%d個(gè)虛函數(shù)地址 :0X%x,->", i, VTable[i]);

?FUNC f = (FUNC)VTable[i];

?f();

?cout << endl;

}

void Test1()

{

?D d;

?d.B::_a = 1;

?d.C::_a = 2;

?d._b = 3;

?d._c = 4;

?d._d = 5;

?cout <<"sizeof(A) = "<< sizeof(A) << endl;

?cout << "sizeof(B) = " << sizeof(B) << endl;

?cout << "sizeof(C) = " << sizeof(C) << endl;

?//打印d的虛函數(shù)表

?int* VTable = (int*)(*(int*)&d);

?PrintVTable(VTable);

?//打印C的虛函數(shù)表

?VTable = (int*)*(int*)((char*)&d + sizeof(B)-sizeof(A));

?PrintVTable(VTable);

?//打印A的虛函數(shù)表

?VTable = (int*)*(int*)((char*)&d + sizeof(B)+sizeof(C)-2*sizeof(A)+4);

?PrintVTable(VTable);

}

接下來就慢慢分析：

1）先通過調(diào)試查看內(nèi)存中是如何分配的，并和我們打印出的虛函數(shù)表對(duì)應(yīng)起來：

注：由于B，C是虛繼承A，所以編譯器為了解決菱形繼承所帶來的“二義性”以及“數(shù)據(jù)冗余”，便將A放在最末端，并在子類中存放一個(gè)虛基表，方便找到父類；而虛基表的前四個(gè)字節(jié)存放的是對(duì)于自己虛函數(shù)表的偏移量，再往下四個(gè)字節(jié)才是對(duì)于父類的偏移量。

2）接下來就抽象出來分析模型

總結(jié)

1）虛函數(shù)按照其聲明順序放于表中；

2）父類的虛函數(shù)在子類的虛函數(shù)前面（由于子類單繼承父類，直接使用父類的虛函數(shù)表）；

3）覆蓋的func()函數(shù)被放到了虛表中原來父類虛函數(shù)的位置；

4）沒有被覆蓋的函數(shù)依舊；

5）如果B，C虛繼承A，并且B，C內(nèi)部沒有再聲明或定義虛函數(shù)，則B，C沒有對(duì)應(yīng)的虛函數(shù)表；

6）在菱形的虛擬繼承中，要注意A為B，C所共有的，在打印對(duì)應(yīng)虛函數(shù)表時(shí)要注意偏移量。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C++对象继承中的内存布局的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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