C++虚拟继承下对象的内存布局：GCC实现

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《深入探索C++对象模型》第3章中提到，一种实现虚拟继承的方法是：在virtual function table中放置virtual base class的offset，这样virtual function table可经由正值和负值来索引。如果是正值，索引到virtual functions；如果是负值，则索引到virtual base class offsets。GCC正是采用了类似的实现方式，我写了如下程序进行了测试：

  • 图1是4个类的继承关系图：其中Y、Z虚拟继承自X，A多重继承自Y和Z。

图 1：继承关系

#include <iostream>
using namespace std;

typedef void (*Func)();

class X {
public:
    virtual void f1() { cout << "X::f1()" << endl; }
    virtual void f2() { cout << "X::f2()" << endl; }
    virtual void f3() { cout << "X::f3()" << endl; }
    int i;
};

class Y: virtual public X {
public:
    virtual void f1() { cout << "Y::f1()" << endl; }
    virtual void g() { cout << "Y::g()" << endl; }
    int j;
};

class Z: virtual public X {
public:
    virtual void f2() { cout << "Z::f2()" << endl; }
    virtual void h() { cout << "Z::h()" << endl; }
    int k;
};

class A: public Y, public Z {
public:
    virtual void t() { cout << "A::t()" << endl; }
    int l;
};

int main()
{
    A a;
    cout << "addr a: " << &a << endl;               // addr a: 0x7fff54b53b48

    cout << "Y_Vptr: " << (Func *)&a << endl;       // Y_Vptr: 0x7fff54b53b48
    Func *Y_Vptr = (Func *)*((Func *)&a);
    Func pf1 = *Y_Vptr;
    Func pg = *(Y_Vptr + 1);
    Func pt = *(Y_Vptr + 2);

    cout << "addr j: " << &a.j << endl;             // addr j: 0x7fff54b53b50

    cout << "Z_Vptr: " << (Func *)&a + 2 << endl;   // Z_Vptr: 0x7fff54b53b58
    Func *Z_Vptr = (Func *)*((Func *)&a + 2);
    Func pf2 = *Z_Vptr;
    Func ph = *(Z_Vptr + 1);

    cout << "addr k: " << &a.k << endl;             // addr k: 0x7fff54b53b60
    cout << "addr l: " << &a.l << endl;             // addr l: 0x7fff54b53b64

    cout << "X_Vptr: " << (Func *)&a + 4 << endl;   // X_Vptr: 0x7fff54b53b68
    Func *X_Vptr = (Func *)*((Func *)&a + 4);
    Func x_pf1 = *X_Vptr;
    Func x_pf2 = *(X_Vptr + 1);
    Func pf3 = *(X_Vptr + 2);

    cout << "addr i: " << &a.i << endl;             // addr i: 0x7fff54b53b70

    pf1();      // Y::f1()
    pg();       // Y::g()
    pt();       // A::t()

    pf2();      // Z::f2()
    ph();       // Z::h()

    x_pf1();    // Y::f1()
    x_pf2();    // Z::f2()
    pf3();      // X::f3()
}

图 2：内存布局

  • 经过验证，一个A类对象的内存布局应如图2所示：其中蓝色部分我没有详细求证，参考自博文。此外有关虚函数表的内容，可以参考陈皓的博文。还要注意一点：C++ Standard并没有明确规定实现细节，VC等其他编译器可能有不同的实现方式。
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