C++ 虚继承、虚基类指针、虚基类表

没有使用虚继承情况下

#include<iostream>

class Base {
public:
	int m_Age1; // 定义公共成员变量
};

class derived:public Base{
public:
	int m_Age2;// 定义公共成员变量
};
int main() {

	return 0;
}

derived 类的对象模型： 

使用虚继承后

#include<iostream>

class Base {
public:
	int m_Age1; // 定义公共成员变量
};

class derived:virtual public Base{
public:
	int m_Age2;// 定义公共成员变量
};
int main() {

	return 0;
}

derived 类的对象模型： 

这幅图片展示了 C++ 代码的编译结果，分析的是一个 derived 类的内存布局以及虚表（vtable）和虚基表（vbtable）信息。以下是详细分析：

1. 类 derived 的内存布局

class derived    size(20):

derived 类的大小为 20 字节，表明该类可能包含指针（通常为 8 字节，在 64 位系统上）和一些数据成员。

成员变量的布局

0   | {vbptr}  // 虚基类指针（vbptr）
8   | m_Age2   // 普通成员变量
    | <alignment member> (size=4)  // 对齐填充
16  | m_Age1   // 虚基类 Base 的成员变量

• 偏移 0 处的 {vbptr}
  这是 虚基类指针（vbptr），用于指向虚基类表（vbtable）。当一个类有虚基类时，编译器需要额外的指针来解析虚基类的偏移，从而支持动态多态。

• 偏移 8 处的 m_Age2
  这是 derived 类自己的成员变量 m_Age2，紧随 vbptr 之后。

• 对齐填充（alignment member，size=4）
  由于 m_Age2 的大小可能导致对齐问题（例如，它可能是 4 字节，而后续成员需要 8 字节对齐），编译器插入 4 字节填充 以保证对齐。

• 偏移 16 处的 m_Age1
  这是 Base（虚基类）的成员变量 m_Age1，位于偏移 16 处，表明 Base 在 derived 类中的起始地址是 16。

2. 虚基表（vbtable）

derived::$vbtable@:
 0 | 0
 1 | 16 (derived(derived+0)Base)

vbtable 记录了虚基类 Base 在 derived 类中的偏移信息：

• 索引 0: 存储 0，通常是用于虚拟基类解析的占位符。
• 索引 1: 存储 16，表示 Base 在 derived 类中的偏移量是 16 字节。

3. 虚基表信息

vbi:
  class   offset  o.vbptr  o.vbte  fVtorDisp
  Base    16      0        4       0

• Base 作为虚基类
  • offset = 16，表示 Base 在 derived 类中的实际偏移量。
  • o.vbptr = 0，表示 Base 本身没有虚基类指针。
  • o.vbte = 4，表示 Base 的虚基表条目在 vbtable 中的偏移量。
  • fVtorDisp = 0，表示没有额外的构造/析构调整。

总结

1. derived 继承自 Base，且 Base 是 虚基类，导致 derived 需要 vbptr 来存储虚基类偏移信息。
2. derived 的内存布局为：
   • 8 字节用于 vbptr
   • m_Age2 在偏移 8
   • 4 字节的填充用于对齐
   • m_Age1 在偏移 16（属于虚基类 Base）
3. vbtable 记录了 Base 在 derived 类中的偏移量（16）。
4. 由于虚基类的存在，derived 类的大小 增加 了（否则可能会更小）。

这个输出通常由 clang 或 msvc 的 clang -fdump-record-layouts 或 dumpbin 生成，可用于分析 C++ 类的内存布局和虚拟继承机制的实现。

 

虚基类指针（vbptr）的归属

虚基类指针（vbptr）并不属于类本身，而是每个对象实例中的一部分。它用于在多继承和虚基类的情况下，帮助对象正确解析虚基类的存储位置。

然而，即使没有实例化对象，编译器仍然能够静态分析类的内存布局，并报告 vbptr 的存在。这是因为：

1. 类的内存布局在编译期就确定了
   编译器需要为 derived 计算所需的存储空间，并决定对象的内存分布，即便还没有实际分配对象。这个过程中，它会识别出 Base 是 derived 的虚基类，因此必须在 derived 的实例中存储 vbptr。

2. 虚基类指针 vbptr 归属于类的实例，而不是类本身

   • vbptr 是对象的一部分，每个 derived 的实例都会有自己的 vbptr，指向相应的 vbtable。
   • 但 vbtable（虚基表）是类级别的数据结构，所有 derived 的实例共享相同的 vbtable。