C++对象模型简介(二)——深入底层,探索本质
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多重继承
class A { public: A() {} virtual ~A() {} virtual int foo( ) { return val ; } virtual int funA( ) {} private: int val ; char bit1 ; } ; class B : { public: B() {} virtual ~B() {} virtual int foo( ) { return bit2; } virtual int funB( ) {} private: char bit2 ; }; class Derived : public A, public B { public: Derived() {} virtual ~Derived() {} virtual int foo( ) { return bit3; } virtual int funDerived( ) {} private: char bit3 ; };
注意:在多重继承下,若有n个基类,则派生类中有n个virtual table.
针对每一个virtual table,派生类对象中有对应的vptr。这些vptrs将在构造函数中被设立初值。
派生类的虚函数会覆盖(改写)其每个基类virtualtable中相应的虚函数索引值。
多重继承最左端的基类,在派生类中作为主要实体,其virtualtable为主要表格,其它基类的virtual table为次要表格。
当你将Derived对象地址指定给一个Base1指针或Derived指针时,被处理的virtualtable是主要表格vptr_Base1。
故主要表格要包含Derived的所有虚函数(包括继承得来的虚函数)。所以其中有Base1、Base2、Derived中的虚函数。
而其它次要表格中的项目数不变,只是有些虚函数的索引值被重写。
涉及多重继承的指针的转换
多重继承的问题主要发生于:派生类对象和其第二或后继的基类对象之间的转换。
【对一个多重派生对象,将其地址指定给“最左端(也就是第一个)”base class的指针,情况将和单一继承时相同,因为二者都指向相同的起始地址。需付出的成本只有地址的指定操作而已。至于第二个或后继的base class的地址指定操作,则需要将地址修改:加上(或减去)介于中间的base class subobject(s)大小】
例如:
Derived dObj ;
A* pA = &dObj ;
只需要简单地拷贝地址就行了。
而:
Derived* pd ;
B* pB = pd ;
需要这样的内部转化:
//虚拟C++码
pB = pd ? (B*)( (char*)pd + sizeof(A) ) : 0 ;
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含虚继承的多重继承
1、虚基类无数据成员
例:
class A { } ; class B : public virtual A { } ; class C : public virtual A { } ; class D : public B, public C { };
【注意】class A { };实际上并不是空的,它有一个隐晦的1字节,那是被编译器安插进去的一个char。这是为了使得class A的对象得以在内存中配置独一无二的地址。
当语言支持虚基类时,就会导致一些额外负担。在派生类中会有一个额外指针,指针指向一个相关表格,表格中存放的或者是虚基类对象,或者是其偏移量。
若虚基类为空,则表格中存放的是虚基类对象(即一个安插字节)
VC++编译器的优化:
VC++特别对 空virtual baseclass做了处理。空虚基类的派生类中只有一个4字节的指针。没有安插char,也没有字节填充。
(因为安插char的目的是为了空类实例化的对象在内存中有地址,而现在其派生类对象中已经有个指针了,其可以取地址,故不需要安插char了)
注意:如果虚基类中有数据成员,则两种编译器(“有特殊处理者”和“无特殊处理者”)就会产生完全相同的对象布局。
2、虚基类有数据成员
例:
class A { public: … private: int x, y ; } ; class B : public virtual A { public: … private: int valB ; } ; class C : public virtual A { public: … private: int valC ; } ; class D : public B, public C { public: … private: int valD ; };
最终的派生类对象底部是共享虚基类的部分,派生类class B、class C部分的指针指向的虚函数表的前面增加了一项:offset(从对象的开头算起,到共享虚基类部分的字节数)
这样可以快速地访问到共享虚基类的成员。
问:
①为什么虚继承不像一般继承那样,把基类成员放在顶部,把新增派生类成员放在尾部?
我想是:因为在最后的多重继承时,要求最终的派生类对象中只有一份基类成员,故最终派生类会从其各个父类中提取它们各自的派生数据成员。若按一般继承那样的对象模型,很容易找到父类中的派生类成员,但难以确定边界,故难以提取数据。为了提取数据方便,把基类成员放在尾部。
②为什么虚继承的派生类中有两个虚指针?
我想是:因为要实现多态。当基类指针指向派生类中的基类部分时,必须要有指向虚表的指针,才能实现多态。
注意:class D对象模型与一般多重继承的派生类对象的布局相似,多重继承最左边的基类部分的虚表是“主要表格”。故class B、class C、class A部分的虚表各不相同。它们都是为了实现多态。
【编程风格】一般而言,virtual base class最有效的一种运用形式是:一个抽象的virtual base class,没有任何数据成员。