继承、虚继承、虚函数内存分布（MSVC下）

前提知识：

对象的内存中只包含成员变量，存储在栈区或堆区（使用 new 创建对象）；

成员函数与对象内存分离，存储在代码区。

对象的大小，可以自己分析，int 四个字节，指针也是四个字节。（在x86中）可用sizeof运算符查看对象的大小。

１、普通继承

代码示例

class A {
public:int ma;void func(){cout << "A :: func" << endl;}
};class B : public A {
public:int mb;void func() {cout << "B :: func" << endl;}
};

内存分布

class A size(4):+---0      | ma+---class B size(8):+---0      | +--- (base class A)0      | | ma| +---4      | mb+---

２、普通多继承

代码示例

派生类都只有一个基类，称为单继承。C++　也支持多继承，即一个派生类可以有两个或多个基类。

class A {
public:int ma;void func(){cout << "A :: func" << endl;}
};class B : public A {
public:int mb;void func() {cout << "B :: func" << endl;}
};class C : public A {
public:int mc;void func() {cout << "C :: func" << endl;}
};class D : public B, public C {
public:int md;void func() {cout << "D :: func" << endl;}
};

内存分布

从多继承的内存分布中，我们可以看到存在一些缺点：在一个派生类中保留间接基类的多份同名成员；菱形继承中，会有命名冲突的出现。

类 A 派生出类 B 和类 C，类 D 继承自类 B 和类 C，这个时候类 A 中的成员变量继承到类 D 中变成了两份，一份来自 A-->B-->D 这条路径，另一份来自 A-->C-->D 这条路径。此时，在D中对A中的变量赋值，就会有命名冲突。并且在使用基类A的公开成员函数时，也会指向不明确报错。

class A size(4):+---0      | ma+---class B size(8):+---0      | +--- (base class A)0      | | ma| +---4      | mb+---class C size(8):+---0      | +--- (base class A)0      | | ma| +---4      | mc+---class D size(20):+---0      | +--- (base class B)0      | | +--- (base class A)0      | | | ma| | +---4      | | mb| +---8      | +--- (base class C)8      | | +--- (base class A)8      | | | ma| | +---
12      | | mc| +---
16      | md+---

３、虚继承

为了解决多继承时的命名冲突和冗余数据问题，C++ 提出了虚继承，使得在派生类中只保留一份间接基类的成员。

在继承方式前面加上 virtual 关键字就是虚继承；

虚继承的目的是让某个类做出声明，承诺愿意共享它的基类。其中，这个被共享的基类就称为虚基类，本例中的 A 就是一个虚基类。在这种机制下，不论虚基类在继承体系中出现了多少次，在派生类中都只包含一份虚基类的成员。

代码示例

class A {
public:int ma;void func(){cout << "A :: func" << endl;}
};class B :virtual public A {
public:int mb;void func() {cout << "B :: func" << endl;}
};class C : virtual public A {
public:int mc;void func() {cout << "C :: func" << endl;}
};class D : public B, public C {
public:int md;void func() {cout << "D :: func" << endl;}
};

内存分布

在MSVC编译器中，引入虚基类表，如果某个派生类有一个或者多个虚基类，编译器会在派生类对象中安插一个指针（vbptr）指向虚基类表（vbtable）。虚基类表放的是偏移量。

class A size(4):+---0      | ma+---class B size(12):+---0      | {vbptr}4      | mb+---+--- (virtual base A)8      | ma+---B::$vbtable@:0      | 01      | 8 (Bd(B+0)A)class C size(12):+---0      | {vbptr}4      | mc+---+--- (virtual base A)8      | ma+---C::$vbtable@:0      | 01      | 8 (Cd(C+0)A)class D size(24):+---0      | +--- (base class B)0      | | {vbptr}4      | | mb| +---8      | +--- (base class C)8      | | {vbptr}
12      | | mc| +---
16      | md+---+--- (virtual base A)
20      | ma+---D::$vbtable@B@:0      | 01      | 20 (Dd(B+0)A)D::$vbtable@C@:0      | 01      | 12 (Dd(C+0)A)

４、虚函数

如果一个类包含了虚函数，那么在创建该类的对象时就会额外地增加一个数组，数组中的每一个元素都是虚函数的入口地址。每定义的任何一个对象，都会有vfptr，vfptr指向的是同一块vftable。

子类继承了父类之后，同名函数（包括返回值，函数名，参数列表）也会自动是virtual类型。子类的vftable中的函数，只有 virtual类型，不是virtual类型的，不会在vftable中。

代码示例

class A {
public:int ma;virtual void func() {cout << "A" << endl;}
};
class B : public A {
public:int mb;void func() {cout << "B" << endl;}void func2() {cout << "B" << endl;}virtual void func3() {}
};

内存分布

class A size(8):+---0      | {vfptr}4      | ma+---A::$vftable@:| &A_meta|  00      | &A::funcclass B size(12):+---0      | +--- (base class A)0      | | {vfptr}4      | | ma| +---8      | mb+---B::$vftable@:| &B_meta|  00      | &B::func1      | &B::func3

５、虚继承（多）、虚函数

代码示例

class A {
public:int ma;virtual void func(){cout << "A :: func" << endl;}
};class B :virtual public A {
public:int mb;void func() {cout << "B :: func" << endl;}
};class C : virtual public A {
public:int mc;void func() {cout << "C :: func" << endl;}
};class D : public B, public C {
public:int md;void func() {cout << "D :: func" << endl;}
};

内存分布

class A size(8):+---0      | {vfptr}4      | ma+---A::$vftable@:| &A_meta|  00      | &A::funcclass B size(16):+---0      | {vbptr}4      | mb+---+--- (virtual base A)8      | {vfptr}
12      | ma+---B::$vbtable@:0      | 01      | 8 (Bd(B+0)A)B::$vftable@:| -80      | &B::funcclass C size(16):+---0      | {vbptr}4      | mc+---+--- (virtual base A)8      | {vfptr}
12      | ma+---C::$vbtable@:0      | 01      | 8 (Cd(C+0)A)C::$vftable@:| -80      | &C::funcclass D size(28):+---0      | +--- (base class B)0      | | {vbptr}4      | | mb| +---8      | +--- (base class C)8      | | {vbptr}
12      | | mc| +---
16      | md+---+--- (virtual base A)
20      | {vfptr}
24      | ma+---D::$vbtable@B@:0      | 01      | 20 (Dd(B+0)A)D::$vbtable@C@:0      | 01      | 12 (Dd(C+0)A)D::$vftable@:| -200      | &D::func

6、多态的指向

在多态中，基类指针指向派生类对象时候，永远指向的是派生类基类部分数据的起始地址。

父类并不能访问子类中在父类未出现的函数和变量。只能访问虚函数表中的函数。

7、vbptr 与 vfptr 优先问题

1、只有虚继承。

2、基类有虚函数

3、子类有新的虚函数