c++ - 关于 C++ 中的多重继承、虚拟基类和对象大小的问题

Question

以下代码打印 20，即 sizeof(z) 为 20。

#include <iostream.h>
class Base
{
      public:
            int a;
};

class X:virtual public Base
{
      public:
            int x;
};

class Y:virtual public Base
{
      public:
            int y;
};

class Z:public X,public Y
{
};

int main()
{
Z z;
cout << sizeof(z) <<endl;
}

而如果我在这里不使用虚拟基类，即对于以下代码:sizeof(z) 是 16。

#include <iostream.h>
class Base
{
      public:
            int a;
};

class X:public Base
{
      public:
            int x;
};

class Y:public Base
{
      public:
            int y;
};

class Z:public X,public Y
{
};

int main()
{
Z z;
cout << sizeof(z) <<endl;
}

为什么在第一种情况下 sizeof(z) more(20) ？不应该是 12，因为 Base 将被包括在内在 Z 中只有一次？

Answer 1

我们来看看这两个案例的类布局。

没有虚拟，你有两个基类(“X”和“Y”)，每个基类都有一个整数，每个类都集成了一个“基”基类，它也有一个整数。那是 4 个整数，每个 32 位，总共 16 个字节。

Offset  Size  Type  Scope  Name
     0     4   int   Base     a
     4     4   int      X     x
     8     4   int   Base     a
    12     4   int      Y     y
    16 size (Z members would come at the end)

(编辑:我在 DJGPP 中编写了一个程序来获取布局并调整表格以解决它。)

现在让我们谈谈虚拟基类:它们用指向共享实例的指针替换类的实际实例。您的“Z”类只有一个“Base”类，“X”和“Y”的两个实例都指向它。因此，您在 X、Y 和 Z 中有整数，但只有一个 Z。这意味着您有三个整数，即 12 个字节。但是 X 和 Y 也有一个指向共享 Z 的指针(否则他们不知道在哪里找到它)。在 32 位机器上，两个指针将额外增加 8 个字节。这总计您看到的 20 个。内存布局可能看起来像这样(我还没有验证过...... ARM 有一个示例，其中顺序是 X、Y、Z，然后是 Base):

Offset  Size        Type  Scope  Name  Value (sort of)
     0     4 Base offset      X     ?  16 (or ptr to vtable)
     4     4         int      X     x
     8     4 Base offset      Y     ?  16 (or ptr to vtable)
    12     4         int      Y     y
    16     4         int   Base     a
    20 size (Z members would come before the Base)

所以内存差异是两件事的结合:少一个整数和多两个指针。与另一个答案相反，我不相信 vtables 支付任何(编辑)直接(/编辑)滚动，因为没有虚拟功能。

编辑:ppinsider 提供了有关 gcc 案例的更多信息，他在其中演示了 gcc 通过使用否则为空的 vtable(即，没有虚函数)来实现指向虚拟基类的指针。这样，如果有虚函数，它就不需要类实例中的额外指针，需要更多内存。我怀疑缺点是额外的间接访问基类。

我们可能期望所有编译器都这样做，但也许不是。 ARM第 225 页讨论了虚拟基类，但未提及 vtable。第 235 页专门针对“具有虚拟函数的虚拟基类”，并有一个图表指示内存布局，其中 X 和 Y 部分的指针与指向 vtable 的指针是分开的。我建议任何人不要想当然地认为指向 Base 的指针将以表的形式实现。