继承、虚继承、虚函数内存分布（MSVC下）

前提知识：

对象的内存中只包含成员变量，存储在栈区或堆区（使用 new 创建对象）；

成员函数与对象内存分离，存储在代码区。

对象的大小，可以自己分析，int 四个字节，指针也是四个字节。

（在x86中）可用sizeof运算符查看对象的大小。

１、普通继承  代码示例

class A {
public:
	int ma;
	void func(){
		cout << "A :: func" << endl;
	}
};

class B : public A {
public:
	int mb;
	void func() {
		cout << "B :: func" << endl;
	}
};

内存分布

class A size(4):
        +---
 0      | ma
        +---

class B size(8):
        +---
 0      | +--- (base class A)
 0      | | ma
        | +---
 4      | mb
        +---

 ２、普通多继承 代码示例

        派生类都只有一个基类，称为单继承。

C++　也支持多继承，即一个派生类可以有两个或多个基类。

class A {
public:
	int ma;
	void func(){
		cout << "A :: func" << endl;
	}
};

class B : public A {
public:
	int mb;
	void func() {
		cout << "B :: func" << endl;
	}
};

class C : public A {
public:
	int mc;
	void func() {
		cout << "C :: func" << endl;
	}
};

class D : public B, public C {
public:
	int md;
	void func() {
		cout << "D :: func" << endl;
	}
};

 内存分布

        从多继承的内存分布中，我们可以看到存在一些缺点：在一个派生类中保留间接基类的多份同名成员；菱形继承中，会有命名冲突的出现。

        类 A 派生出类 B 和类 C，类 D 继承自类 B 和类 C，这个时候类 A 中的成员变量继承到类 D 中变成了两份，一份来自 A-->B-->D 这条路径，另一份来自 A-->C-->D 这条路径。

此时，在D中对A中的变量赋值，就会有命名冲突。

并且在使用基类A的公开成员函数时，也会指向不明确报错。

class A size(4):
        +---
 0      | ma
        +---

class B size(8):
        +---
 0      | +--- (base class A)
 0      | | ma
        | +---
 4      | mb
        +---

class C size(8):
        +---
 0      | +--- (base class A)
 0      | | ma
        | +---
 4      | mc
        +---

class D size(20):
        +---
 0      | +--- (base class B)
 0      | | +--- (base class A)
 0      | | | ma
        | | +---
 4      | | mb
        | +---
 8      | +--- (base class C)
 8      | | +--- (base class A)
 8      | | | ma
        | | +---
12      | | mc
        | +---
16      | md
        +---

 ３、虚继承

        为了解决多继承时的命名冲突和冗余数据问题，C++ 提出了虚继承，使得在派生类中只保留一份间接基类的成员。

        在继承方式前面加上 virtual 关键字就是虚继承；

        虚继承的目的是让某个类做出声明，承诺愿意共享它的基类。

其中，这个被共享的基类就称为虚基类，本例中的 A 就是一个虚基类。

在这种机制下，不论虚基类在继承体系中出现了多少次，在派生类中都只包含一份虚基类的成员。

 代码示例

class A {
public:
	int ma;
	void func(){
		cout << "A :: func" << endl;
	}
};

class B :virtual public A {
public:
	int mb;
	void func() {
		cout << "B :: func" << endl;
	}
};

class C : virtual public A {
public:
	int mc;
	void func() {
		cout << "C :: func" << endl;
	}
};

class D : public B, public C {
public:
	int md;
	void func() {
		cout << "D :: func" << endl;
	}
};

 内存分布

在MSVC编译器中，引入虚基类表，如果某个派生类有一个或者多个虚基类，编译器会在派生类对象中安插一个指针（vbptr）指向虚基类表（vbtable）。

虚基类表放的是偏移量。

class A size(4):
        +---
 0      | ma
        +---



class B size(12):
        +---
 0      | {vbptr}
 4      | mb
        +---
        +--- (virtual base A)
 8      | ma
        +---

B::$vbtable@:
 0      | 0
 1      | 8 (Bd(B+0)A)



class C size(12):
        +---
 0      | {vbptr}
 4      | mc
        +---
        +--- (virtual base A)
 8      | ma
        +---

C::$vbtable@:
 0      | 0
 1      | 8 (Cd(C+0)A)



class D size(24):
        +---
 0      | +--- (base class B)
 0      | | {vbptr}
 4      | | mb
        | +---
 8      | +--- (base class C)
 8      | | {vbptr}
12      | | mc
        | +---
16      | md
        +---
        +--- (virtual base A)
20      | ma
        +---

D::$vbtable@B@:
 0      | 0
 1      | 20 (Dd(B+0)A)

D::$vbtable@C@:
 0      | 0
 1      | 12 (Dd(C+0)A)

 ４、虚函数

        如果一个类包含了虚函数，那么在创建该类的对象时就会额外地增加一个数组，数组中的每一个元素都是虚函数的入口地址。

每定义的任何一个对象，都会有vfptr，vfptr指向的是同一块vftable。

        子类继承了父类之后，同名函数（包括返回值，函数名，参数列表）也会自动是virtual类型。

子类的vftable中的函数，只有 virtual类型，不是virtual类型的，不会在vftable中。

代码示例

class A {
public:
	int ma;
	virtual void func() {
		cout << "A" << endl;
	}
};
class B : public A {
public:
	int mb;
	void func() {
		cout << "B" << endl;
	}
	void func2() {
		cout << "B" << endl;
	}
	virtual void func3() {

	}
};

内存分布

class A size(8):
        +---
 0      | {vfptr}
 4      | ma
        +---

A::$vftable@:
        | &A_meta
        |  0
 0      | &A::func


class B size(12):
        +---
 0      | +--- (base class A)
 0      | | {vfptr}
 4      | | ma
        | +---
 8      | mb
        +---

B::$vftable@:
        | &B_meta
        |  0
 0      | &B::func
 1      | &B::func3

５、虚继承（多）、虚函数 代码示例

class A {
public:
	int ma;
	virtual void func(){
		cout << "A :: func" << endl;
	}
};

class B :virtual public A {
public:
	int mb;
	void func() {
		cout << "B :: func" << endl;
	}
};

class C : virtual public A {
public:
	int mc;
	void func() {
		cout << "C :: func" << endl;
	}
};

class D : public B, public C {
public:
	int md;
	void func() {
		cout << "D :: func" << endl;
	}
};

 内存分布

class A size(8):
        +---
 0      | {vfptr}
 4      | ma
        +---

A::$vftable@:
        | &A_meta
        |  0
 0      | &A::func


class B size(16):
        +---
 0      | {vbptr}
 4      | mb
        +---
        +--- (virtual base A)
 8      | {vfptr}
12      | ma
        +---

B::$vbtable@:
 0      | 0
 1      | 8 (Bd(B+0)A)

B::$vftable@:
        | -8
 0      | &B::func

class C size(16):
        +---
 0      | {vbptr}
 4      | mc
        +---
        +--- (virtual base A)
 8      | {vfptr}
12      | ma
        +---

C::$vbtable@:
 0      | 0
 1      | 8 (Cd(C+0)A)

C::$vftable@:
        | -8
 0      | &C::func


class D size(28):
        +---
 0      | +--- (base class B)
 0      | | {vbptr}
 4      | | mb
        | +---
 8      | +--- (base class C)
 8      | | {vbptr}
12      | | mc
        | +---
16      | md
        +---
        +--- (virtual base A)
20      | {vfptr}
24      | ma
        +---

D::$vbtable@B@:
 0      | 0
 1      | 20 (Dd(B+0)A)

D::$vbtable@C@:
 0      | 0
 1      | 12 (Dd(C+0)A)

D::$vftable@:
        | -20
 0      | &D::func

 6、多态的指向

在多态中，基类指针指向派生类对象时候，永远指向的是派生类基类部分数据的起始地址。

父类并不能访问子类中在父类未出现的函数和变量。

只能访问虚函数表中的函数。