C++类的内存结构

摘自Jerry19880126

简单类

class Base
{
    int a;
    int b;
public:
    void CommonFunction();
};

简单类继承

class DerivedClass: public Base
{
    int c;
public:
    void DerivedCommonFunction();
};

带有虚函数的类

class Base
{
    int a;
    int b;
public:
    void CommonFunction();
    void virtual VirtualFunction();
};

虚函数类继承

没有复写的继承

 class DerivedClass: public Base
{
    int c;
public:
    void DerivedCommonFunction();
    void virtual VirtualFunction();
};

复写的继承

class DerivedClass1 : public Base
{
    int c;
public:
    void DerivedCommonFunction();
    void virtual VirtualFunction();
    void virtual VirtualFunction2();
};

多重继承

class Base
{
    int a;
    int b;
public:
    void CommonFunction();
    void virtual VirtualFunction();
};

class DerivedClass1: public Base
{
    int c;
public:
    void DerivedCommonFunction();
    void virtual VirtualFunction();
};

class DerivedClass2 : public Base
{
    int d;
public:
    void DerivedCommonFunction();
    void virtual VirtualFunction();
};

class DerivedDerivedClass : public DerivedClass1, public DerivedClass2
{
    int e;
public:
    void DerivedDerivedCommonFunction();
    void virtual VirtualFunction();
};

内存分布从父类到子类，依次如下：

Base中有一个虚表指针

DerivedClass1继承了Base，内存排布是先父类后子类。

DerivedClass2的情况是类似于DerivedClass1的。

DerivedDerivedClass，由外向内看，它并列地排布着继承而来的两个父类DerivedClass1与DerivedClass2，还有自身的成员变量e。DerivedClass1包含了它的成员变量c，以及Base，Base有一个0地址偏移的虚表指针，然后是成员变量a和b；DerivedClass2的内存排布类似于DerivedClass1，注意到DerivedClass2里面竟然也有一份Base。

这里有两份虚表了，分别针对DerivedClass1与DerivedClass2，在&DerivedDericedClass_meta下方的数字是首地址偏移量，靠下面的虚表的那个-16表示指向这个虚表的虚指针的内存偏移，这正是DerivedClass2中的{vfptr}在DerivedDerivedClass的内存偏移。

虚继承

class DerivedClass1: virtual public Base
{
    int c;
public:
    void DerivedCommonFunction();
    void virtual VirtualFunction();
};

class DerivedClass2 : virtual public Base
{
    int d;
public:
    void DerivedCommonFunction();
    void virtual VirtualFunction();
};

class DerivedDerivedClass :  public DerivedClass1, public DerivedClass2
{
    int e;
public:
    void DerivedDerivedCommonFunction();
    void virtual VirtualFunction();
};

Base类没有变化

DerivedClass1就已经有变化了，原来是先排虚表指针与Base成员变量，vfptr位于0地址偏移处；但现在有两个虚表指针了，一个是vbptr，另一个是vfptr。vbptr是这个DerivedClass1对应的虚表指针，它指向DerivedClass1的虚表vbtable，另一个vfptr是虚基类表对应的虚指针，它指向vftable。

下面列出了两张虚表，第一张表是vbptr指向的表，8表示{vbptr}与{vfptr}的偏移；第二张表是vfptr指向的表，-8指明了这张表所对应的虚指针位于内存的偏移量。

DerivedClass2的内存分布类似于DerivedClass1，同样会有两个虚指针，分别指向两张虚表（第二张是虚基类表）。

下面来仔细看一下DerivedDerivedClass的内存分布，这里面有三个虚指针了，但base却只有一份。第一张虚表是内含DerivedClass1的，20表示它的虚指针{vbptr}离虚基表指针{vfptr}的距离，第二张虚表是内含DerivedClass2的，12表示它的虚指针{vbptr}离虚基表指针{vfptr}的距离，最后一张表是虚基表，-20指明了它对应的虚指针{vfptr}在内存中的偏移。





虚继承的作用是减少了对基类的重复，代价是增加了虚表指针的负担（更多的虚表指针）。

下面总结一下（当基类有虚函数时）：

1. 每个类都有虚指针（vptr, virtual table pointer）和虚函数表（vtbl, virtual table）；
2. 如果不是虚继承，那么子类将父类的虚指针继承下来，并指向自身的虚函数表（发生在对象构造时）。有多少个虚函数，虚函数表里面的项就会有多少。多重继承时，可能存在多个的基类虚函数表与虚指针；
3. 如果是虚继承，那么子类会有两份虚指针，一份指向自己的虚函数表，另一份指向基类虚函数表，多重继承时基类虚函数表与基类虚指针有且只有一份。