[C++基础]虚继承实现原理

在C++中,我们会遇到virtual这个关键字,但是它有两种含义:虚函数和虚继承,它们两个是完全无相关的两个概念。

什么是虚继承  

虚继承是解决C++多重继承问题的一种手段,从不同途径继承来的同一基类,会在子类中存在多份拷贝。这将存在两个问题:其一,浪费存储空间;第二,存在二义性问题通常可以将派生类对象的地址赋值给基类对象,实现的具体方式是,将基类指针指向继承类(继承类有基类的拷贝)中的基类对象的地址,但是多重继承可能存在一个基类的多份拷贝,这就出现了二义性。

当一个基类被声明为虚基类后,即使它成为了多继承链路上的公共基类,最后的派生类中也只有它的一个备份。例如:

class CBase { };
class CDerive1:virtual public CBase{ };
class CDerive2:virtual public CBase{ };
class CDerive12:public CDerive1,CDerive2{ };

则在类CDerive12的对象中,仅有类CBase的一个对象数据

虚继承实现原理

虚继承底层实现原理与编译器相关,一般通过虚基类指针和虚基类表实现,每个虚继承的子类都有一个虚基类指针(任何类型的指针变量都是占用4个字节)和虚基类表(不占用类对象的存储空间)(需要强调的是,虚基类依旧会在子类里面存在拷贝,只是仅仅最多存在一份而已,并不是不在子类里面了);当虚继承的子类被当做父类继承时,虚基类指针也会被继承。
实际上,vbptr指的是虚基类表指针,该指针指向了一个虚基类表,虚表中记录了虚基类与本类的偏移地址;通过偏移地址,这样就找到了虚基类成员,而虚继承也不用像普通多继承那样维持着公共基类(虚基类)的两份同样的拷贝,节省了存储空间。

虚继承与虚函数的异同

相似之处:都利用了虚指针(均占用类的存储空间)和虚表(均不占用类的存储空间)。
不同之处:虚基类依旧存在继承类中,只占用存储空间;虚函数不占用存储空间。虚基类表存储的是虚基类相对直接继承类的偏移而虚函数表存储的是虚函数地址

#include<iostream>  
using namespace std;

class A  //大小为4  
{
public:
	int a;
};
class B :virtual public A  //大小为12,变量a,b共8字节,虚基类表指针4  
{
public:
	int b;
};
class C :virtual public A //与B一样12  
{
public:
	int c;
};
class D :public B, public C //24,变量a,b,c,d共16,B的虚基类指针4,C的虚基类指针  
{
public:
	int d;
};

int main()
{
	A a;
	B b;
	C c;
	D d;
	cout << sizeof(a) << endl;
	cout << sizeof(b) << endl;
	cout << sizeof(c) << endl;
	cout << sizeof(d) << endl;
	system("pause");
	return 0;
}
//
//1 > class A	size(4) :
//1 > +-- -
//1 > 0 | a
//1 > +-- -
//1 >
//1 > class B	size(12) :
//1 > +-- -
//1 > 0 | {vbptr}
//1 > 4 | b
//1 > +-- -
//1 > +-- - (virtual base A)
//1 > 8 | a
//1 > +-- -
//1 >
//1 > B::$vbtable@:
//1 > 0 | 0
//1 > 1 | 8 (Bd(B + 0)A)
//1 > vbi:class  offset o.vbptr  o.vbte fVtorDisp
//1 >         A       8       0       4 0
//1 >
//1 > class C	size(12) :
//1 > +-- -
//1 > 0 | {vbptr}
//1 > 4 | c
//1 > +-- -
//1 > +-- - (virtual base A)
//1 > 8 | a
//1 > +-- -
//1 >
//1 > C::$vbtable@:
//1 > 0 | 0
//1 > 1 | 8 (Cd(C + 0)A)
//1 > vbi:class  offset o.vbptr  o.vbte fVtorDisp
//1 >         A       8       0       4 0
//1 >
//1 > class D	size(24) :
//1 > +-- -
//1 > 0 | +-- - (base class B)
//1 > 0	| | {vbptr}
//1 > 4	| | b
//1 > | +-- -
//1 > 8 | +-- - (base class C)
//1 > 8	| | {vbptr}
//1 > 12	| | c
//1 > | +-- -
//1 > 16 | d
//1 > +-- -
//1 > +-- - (virtual base A)
//1 > 20 | a
//1 > +-- -
//1 >
//1 > D::$vbtable@B@:
//1 > 0 | 0
//1 > 1 | 20 (Dd(B + 0)A)
//1 >
//1 > D::$vbtable@C@:
//1 > 0 | 0
//1 > 1 | 12 (Dd(C + 0)A)
//1 > vbi:class  offset o.vbptr  o.vbte fVtorDisp
//1 >         A      20       0       4 0
//1 >

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