对于 sizeof(class_name) 值的讨论(2)

之前我曾有一篇博客讨论过 sizeof 一个类的值的问题， 但只是在讨论一个孤立的类， 没有考虑到 derived 的问题， 在此补充更多的情况。
考察以下代码：

class X{};
class Y: public virtual X{};
class Z: public virtual X{};
class A: public Y, public Z{};

问题： sizeof() X, Y, Z, A 的值分别是多少呢？
class X 虽然是空的， 但是 sizeof(X) == 1， 这是因为 class X 内有一个被编译器安插进去的 char, 这使得两个 class X object 得以在内存中配置独一无二的地址。
而 sizeof(Y) == sizeof(Z) == 8 则需要考虑三个因素：
1. 语言本身所造成的额外负担(overload) 当语言支持 virtual base classes 时， 就会导致一些额外负担。 在 derived class 中， 则反映在某种形式的指针上， 它可能指向 virtual base class subobject 或者指向一个相关的表格， 表格中存放的可能是 virtual base class subobject 的地址， 也可能是其偏移量。这就涉及到具体机器上指针的大小。

2. 编译器对特殊情况所做出的优化处理。 virtual base class X subobject 的 1 bytes 大小也可能出现在 class Y 和 Z 上。传统上它被放在 derived class 的固定部分的尾端。 而某些编译器会对 empty virtual base class 提供特殊之处支持。

3. 对齐。 传统上， class Y 和 Z 的大小截至目前是 5 bytes。 但是在大部分机器上， 群聚的结构体大小会受到对齐的限制， 使他们有效的在内存中被存取。 vptr 的大小是 4 bytes， 因此 class Y 和 Z 必须填补 3 bytes。 最终得到的结果就是 8 bytes。

X， Y， Z 的关系如下图：

 

因此， sizeof(Y) 和 sizeof(Z) 的值就是 8 bytes 了吗？
不， 一个 empty virtual base class 已经成为了 C++OO 设计的一个特有术语了。 它提供一个 virtual interface， 没有定义任何数据。一些编译器对此提供了特殊处理， 在这个策略之下， 一个 empty virtual base class 被视为 derived class object 最开始的一部分， 也就是说， 并没有花费任何的额外空间。 这就节省了上述第二点的 1 bytes， 又从而变相节省了 3 bytes (因为既然 empty virtual base class 被视为了 derived class 的 member， 那么就不需要再安插一个 char， 巧合的是， 也不用因此而对齐了) 因而在这种情况下， sizeof(Y) == sizeof(Z) == 4;
好了， 最后一个， sizeof(A) 的值是多少呢？ 如果 Y 和 Z 不是 virtual derived class X， 那么理论上 sizeof(A) == 16. 但是， 因为恰恰是 virtual derived， 所以 sizeof(A) 的值要从以下几点考虑：

1. 被大家共享的唯一一个 class X 实体， 大小为 1 byte。

2. Base class Y 的大小， 减去因 virtual base class X 而配置的大小， 结果是 4 bytes。 Base class Z 的算法亦同 。加起来是 8 bytes。

3. class A 自己的大小是 0 byte.

4. class A 的对对齐数量。前述三项总和， 表示调整前的大小是 9 bytes， 但是 class A 必须调至 4 bytes 的边界， 所以要填补 3 bytes。 结果是 12 bytes。

但是同样， 一旦我们考虑到那种对 empty virtual base class 做了处理的编译器， 前述的 class X 实体的那 1 byte 将会被拿掉， 于是又再省下了 3 bytes 的填补额， 于是在此种编译器的环境下， sizeof(A) == 8;

我自己对代码在 64 bit 的 windows8.1 系统的 msvc 的编译器下实验的结果是：
sizeof(X) == 1;

sizeof(Y) == sizeof(Z) == 4;

sizeof(A) == 8;