c++ - 虚拟继承不会破坏静态组合？

Question

过去 5 年我一直在假设虚拟继承打破了静态组合。

但现在我发现，静态组合仍然存在，只是关于正确实例位置的附加信息。这样对吗？

Answer 1

非虚拟继承中的数据布局:

class Point2d {
    int x_, y_;
};

class Point3d : public Point2d {
    int z_;
};

点2d:

+--------------+
| int x_       |
+--------------+
| int y_       |
+--------------+

Point3d:

+--------------+   --+
| int x_       |     |
+--------------+     +-- Point2d subobject
| int y_       |     |
+--------------+   --+
| int z_       |
+--------------+

Point3d由Point2d和Point3d的成员静态组成。

虚继承下

通过对象内部的偏移量变量实现。

class Point3d : public virtual Point2d {
    int z_;
};

Point3d:

+-----------------+
| int z_          |
+-----------------+
| Point2d* _vbase |   --> offset to Point2d subobject (2 in this case)
+-----------------+   --+
| int x_          |     |
+-----------------+     +-- Point2d subobject
| int y_          |     |
+-----------------+   --+

在此上下文中访问 Point3d* point3d->x_ 将被转换为(C++ 伪代码):

(static_cast<Point2d*>(point3d) + point3d->_vbase)->x_

请注意，有不同的方式来实现虚拟继承，例如 vtable 内部的偏移指针，这只是实现虚拟继承的一种方式。我选择这个是因为通过 vtables 的间接访问需要更多的 ascii 绘图。

虚拟继承在这里没有任何好处，我希望(正如@Matthieu 在评论中指出的那样)编译器优化此类，使其内部数据布局与非虚拟继承相同。虚拟继承仅在多重继承中有益(参见下面的 Vertex3d 类)。

这在多重继承中看起来如何？

 class Vertex : virtual Point2d {
     Vertex* next_;
 };

 class Vertex3d : public Point3d, public Vertex {
 };

顶点:

+-----------------+
| Vertex* next_   |
+-----------------+
| Point2d* _vbase |   --> offset of Point2d subobject (2 in this case)
+-----------------+   --+
| int x_          |     |
+-----------------+     +-- Point2d subobject
| int y_          |     |
+-----------------+   --+

顶点3d:

+------------------+   --+
| int z_           |     |
+------------------+     +-- Point3d subobject
| Point2d* _vbase1 |     |--> offset to Point2d subobject (4 in this case)
+------------------+   --+
| Vertex* next_    |     |
+------------------+     +-- Vertex subobject 
| Point2d* _vbase2 |     |--> offset to Point2d subobject (2 in this case)
+------------------+   --+
| int x_           |     |
+------------------+     +-- shared Point2d subobject
| int y_           |     |   both Point3d and Vertex point to this 
+------------------+   --+   single copy of Point2d

在虚拟多重继承中，基类 Vertex 和 Point3d 共享 Vertex3d 中的基类 Point2d。非虚拟继承成员照常布局。

虚拟多重继承的要点是 Point3d 和 Vertex 的所有后代将共享一份 Point2d。如果没有虚拟多重继承(=“普通”多重继承)，Point3d 子对象和 Vertex3d 的 Vertex 子对象都将拥有自己的 拷贝code>Point2d:

没有虚拟多重继承的Vertex3d布局:

+------------------+   --+
| int z_           |     |
+------------------+     +-- Point3d subobject --+
| int x_           |     |                       |
+------------------+     |                       +-- Point2d subobject
| int y_           |     |                       |   of Point3d
+------------------+   --+                     --+
| Vertex* next_    |     |
+------------------+     +-- Vertex subobject  --+
| int x_           |     |                       |
+------------------+     |                       +-- Point2d subobject
| int y_           |     |                       |   of Vertex
+------------------+   --+                     --+

引用资料:

• Lippman:C++ 对象模型内部。第三章