浅析GCC下C++多重继承 & 虚拟继承的对象内存布局

继承是C++作为OOD程序设计语言的三大特征（封装，继承，多态）之一，单一非多态继承是比较好理解的，本文主要讲解GCC环境下的多重继承和虚拟继承的对象内存布局。

一、多重继承

先看几个类的定义：

View Code

 1  class Top
 2  {
 3 public:
 4       int a;
 5  };
 6 
 7  class Left : public Top
 8  {
 9 public:
10       int b;
11  };
12 
13  class Right : public Top
14  {
15 public:
16       int c;
17  };
18 
19  class Bottom : public Left, public Right
20  {
21 public:
22       int d;
23  };

不难想象，Left和Right类的内存布局如下图所示：

我们如下进行验证：

View Code

1 Left *left = new Left();
2 Top *top = left;
3 cout << left <<  '\t' << top << endl;//输出：0x902c008       0x902c008
4 Right *right = new Right();
5 top = right;
6 cout << right << '\t' << top << endl;//输出：0x902c018       0x902c018

从输出结果可以看出，父类指针top指向子类对象left和right的起始地址，与上述内存布局吻合。

在非虚拟多重继承的情况下，子类的内存布局是什么样子的呢？如下所示：

可以看出，Bottom类由于继承了Left和Right，而Left和Right又分别继承了Top。因此，Bottom包含了Top两次！

下面进行验证：

View Code

1 Bottom *bottom = new Bottom();   
2 //  top = bottom;     //error: ‘Top’ is an ambiguous base of ‘Bottom’   
3 top = (Left *)bottom;
4 left = bottom;
5 cout << bottom << '\t' << top << '\t' << left << endl;//输出:0x9930028 0x9930028 0x9930028
6 top = (Right *)bottom;
7 right = bottom;
8 cout << bottom << '\t' << top << '\t' << right << endl;//输出:0x9930028 0x9930030 0x9930030

从输出结果可以看出，left指针和right指针分别指向了bottom对象中它们所处的位置：

由于bottom对象中存在两部分top对象，因此不能直接用top指针指向bottom对象，因为编译器不知道你的意图到底是指向left中的bottom部分，还是right中的bottom部分。需要进行转换才可以。如果需要通过bottom指针分别访问left和right中的top部分，可以如下： bottom->Left::a， bottom->Right::a。

好了，到这里讲完了非虚拟继承下的多重继承的内存布局情况，相信大家应该有一个比较清晰的认识了。最重要的一点是：多重继承时，父类共同继承的祖父类会在子类中有多份存在。

二、虚拟继承

平时讨论的最多的是虚函数，很少涉及到虚拟继承的情况。那么，虚拟继承到底是一个什么概念呢？

先来看一个例子：

View Code

对，你没有看错，类的大小输出不是4 8，而是4 12。虚拟继承时，编译器会在子类中安插上一个虚表指针。

从输出的对象成员地址来看，我们可以得到Child类的如下内存布局：