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C++ 对象的内存布局(重复虚拟继承)  

2015-05-21 19:16:46|  分类: C和C++语言 |  标签: |举报 |字号 订阅

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原文:http://blog.csdn.net/haoel/article/details/3081385
下面,让我们来看看重复虚拟继承中C++对象的内存布局的情况,假设有下面这样一个类的继承关系。
虚拟继承的出现就是为了解决重复继承中多个间接父类的问题的。钻石型的结构是其最经典的结构。也是我们在这里要讨论的结构:
 上述的“重复继承”只需要把B1和B2继承B的语法中加上virtual 关键,就成了虚拟继承,其继承图如下所示:
 C++ 对象的内存布局(重复虚拟继承) - hubingforever - 民主与科学
  
 
上图和前面的“重复继承”中的类的内部数据和接口都是完全一样的,只是我们采用了虚拟继承:其省略后的源码如下所示:

 
class B {……};
class B1 : virtual public B{……};
class B2: virtual public B{……};
class D : public B1, public B2{ …… };

 
在查看D之前,我们先看一看单一虚拟继承的情况。下面是一段在VC++2003下的测试程序:(因为VC++和GCC的内存而局上有一些细节上的不同,所以这里只给出VC++的程序,GCC下的程序大家可以根据我给出的程序自己仿照着写一个去试一试): 

    int** pVtab = NULL;
    Fun pFun = NULL;
 
    B1 bb1;
 
    pVtab = (int**)&bb1;
    cout << "[0] B1::_vptr->" << endl;
    pFun = (Fun)pVtab[0][0];
    cout << "     [0] ";
    pFun(); //B1::f1();
    cout << "     [1] ";
    pFun = (Fun)pVtab[0][1];
    pFun(); //B1::bf1();
    cout << "     [2] ";
    cout << pVtab[0][2] << endl;
 
    cout << "[1] = 0x";
    cout << (int*)*((int*)(&bb1)+1) <<endl; //B1::ib1
    cout << "[2] B1::ib1 = ";
    cout << (int)*((int*)(&bb1)+2) <<endl; //B1::ib1
    cout << "[3] B1::cb1 = ";
    cout << (char)*((int*)(&bb1)+3) << endl; //B1::cb1
 
    cout << "[4] = 0x";
    cout << (int*)*((int*)(&bb1)+4) << endl; //NULL
 
    cout << "[5] B::_vptr->" << endl;
    pFun = (Fun)pVtab[5][0];
    cout << "     [0] ";
    pFun(); //B1::f();
    pFun = (Fun)pVtab[5][1];
    cout << "     [1] ";
    pFun(); //B::Bf();
    cout << "     [2] ";
    cout << "0x" << (Fun)pVtab[5][2] << endl;
 
    cout << "[6] B::ib = ";
    cout << (int)*((int*)(&bb1)+6) <<endl; //B::ib
    cout << "[7] B::cb = ";

 
其运行结果如下(我结出了GCC的和VC++2003的对比):
 
 GCC 3.4.4 VC++ 2003
 [0] B1::_vptr ->
    [0] : B1::f()
    [1] : B1::f1()
    [2] : B1::Bf1()
    [3] : 0
[1] B1::ib1 : 11
[2] B1::cb1 : 1
[3] B::_vptr ->
    [0] : B1::f()
    [1] : B::Bf()
    [2] : 0
[4] B::ib : 0
[5] B::cb : B
[6] NULL : 0
 [0] B1::_vptr->
     [0] B1::f1()
     [1] B1::Bf1()
     [2] 0
[1] = 0x00454310 ?该地址取值后是-4
[2] B1::ib1 = 11
[3] B1::cb1 = 1
[4] = 0x00000000
[5] B::_vptr->
     [0] B1::f()
     [1] B::Bf()
     [2] 0x00000000
[6] B::ib = 0
[7] B::cb = B
   

这里,大家可以自己对比一下。关于细节上,会在后面一并再说。
 
下面的测试程序是看子类D的内存布局,同样是VC++ 2003的(因为VC++和GCC的内存布局上有一些细节上的不同,而VC++的相对要清楚很多,所以这里只给出VC++的程序,GCC下的程序大家可以根据我给出的程序自己仿照着写一个去试一试): 

    D d;
 
    pVtab = (int**)&d;
    cout << "[0] D::B1::_vptr->" << endl;
    pFun = (Fun)pVtab[0][0];
    cout << "     [0] ";    pFun(); //D::f1();
    pFun = (Fun)pVtab[0][1];
    cout << "     [1] ";    pFun(); //B1::Bf1();
    pFun = (Fun)pVtab[0][2];
    cout << "     [2] ";    pFun(); //D::Df();
    pFun = (Fun)pVtab[0][3];
    cout << "     [3] ";
    cout << pFun << endl;
 
    //cout << pVtab[4][2] << endl;
    cout << "[1] = 0x";
    cout <<  (int*)((&dd)+1) <<endl; //????
 
    cout << "[2] B1::ib1 = ";
    cout << *((int*)(&dd)+2) <<endl; //B1::ib1
    cout << "[3] B1::cb1 = ";
    cout << (char)*((int*)(&dd)+3) << endl; //B1::cb1
 
    //---------------------
    cout << "[4] D::B2::_vptr->" << endl;
    pFun = (Fun)pVtab[4][0];
    cout << "     [0] ";    pFun(); //D::f2();
    pFun = (Fun)pVtab[4][1];
    cout << "     [1] ";    pFun(); //B2::Bf2();
    pFun = (Fun)pVtab[4][2];
    cout << "     [2] ";
    cout << pFun << endl;
   
    cout << "[5] = 0x";
    cout << *((int*)(&dd)+5) << endl; // ???
 
    cout << "[6] B2::ib2 = ";
    cout << (int)*((int*)(&dd)+6) <<endl; //B2::ib2
    cout << "[7] B2::cb2 = ";
    cout << (char)*((int*)(&dd)+7) << endl; //B2::cb2
 
    cout << "[8] D::id = ";
    cout << *((int*)(&dd)+8) << endl; //D::id
    cout << "[9] D::cd = ";
    cout << (char)*((int*)(&dd)+9) << endl;//D::cd
 
    cout << "[10]  = 0x";
    cout << (int*)*((int*)(&dd)+10) << endl;
    //---------------------
    cout << "[11] D::B::_vptr->" << endl;
    pFun = (Fun)pVtab[11][0];
    cout << "     [0] ";    pFun(); //D::f();
    pFun = (Fun)pVtab[11][1];
    cout << "     [1] ";    pFun(); //B::Bf();
    pFun = (Fun)pVtab[11][2];
    cout << "     [2] ";
    cout << pFun << endl;
 
    cout << "[12] B::ib = ";
    cout << *((int*)(&dd)+12) << endl; //B::ib
    cout << "[13] B::cb = ";
    cout << (char)*((int*)(&dd)+13) <<endl;//B::cb
 

下面给出运行后的结果(分VC++和GCC两部份)
 
 GCC 3.4.4 VC++ 2003
 [0] B1::_vptr ->
    [0] : D::f()
    [1] : D::f1()
    [2] : B1::Bf1()
    [3] : D::f2()
    [4] : D::Df()
    [5] : 1
[1] B1::ib1 : 11
[2] B1::cb1 : 1
[3] B2::_vptr ->
    [0] : D::f()
    [1] : D::f2()
    [2] : B2::Bf2()
    [3] : 0
[4] B2::ib2 : 12
[5] B2::cb2 : 2
[6] D::id : 100
[7] D::cd : D
[8] B::_vptr ->
    [0] : D::f()
    [1] : B::Bf()
    [2] : 0
[9] B::ib : 0
[10] B::cb : B
[11] NULL : 0
 [0] D::B1::_vptr->
     [0] D::f1()
     [1] B1::Bf1()
     [2] D::Df()
     [3] 00000000
[1] = 0x0013FDC4  ? 该地址取值后是-4
[2] B1::ib1 = 11
[3] B1::cb1 = 1
[4] D::B2::_vptr->
     [0] D::f2()
     [1] B2::Bf2()
     [2] 00000000
[5] = 0x4539260   ? 该地址取值后是-4
[6] B2::ib2 = 12
[7] B2::cb2 = 2
[8] D::id = 100
[9] D::cd = D
[10]  = 0x00000000
[11] D::B::_vptr->
     [0] D::f()
     [1] B::Bf()
     [2] 00000000
[12] B::ib = 0
[13] B::cb = B
 
在上面的输出结果中,我用不同的颜色做了一些标明。我们可以看到如下的几点:
 1)无论是GCC还是VC++,除了一些细节上的不同,其大体上的对象布局是一样的。也就是说,先是B1(黄色),然后是B2(绿色),接着是D(灰色),而B这个超类(青蓝色)的实例都放在最后的位置。
2)关于虚函数表,尤其是第一个虚表,GCC和VC++有很重大的不一样。但仔细看下来,还是VC++的虚表比较清晰和有逻辑性。
3)VC++和GCC都把B这个超类放到了最后,而VC++有一个NULL分隔符把B和B1和B2的布局分开。GCC则没有。
4)VC++中的内存布局有两个地址我有些不是很明白,在其中我用红色标出了。取其内容是-4。接道理来说,这个指针应该是指向B类实例的内存地址(这个做法就是为了保证重复的父类只有一个实例的技术)。但取值后却不是。这点我目前还并不太清楚,还向大家请教。
5)GCC的内存布局中在B1和B2中则没有指向B的指针。这点可以理解,编译器可以通过计算B1和B2的size而得出B的偏移量。
 
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