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C++繼承、虛繼承、虛擬函式類的大小問題

阿新 • • 發佈：2019-02-01

一、真空類

class CNull

{

};

長度：1

記憶體結構：

??

評註：長度其實為0，這個位元組作為內容沒有意義，可能每次都不一樣。

二、空類

class CNull2

{

public:

    CNull2(){printf("Construct/n");}

    ~CNull2(){printf("Desctruct/n");}

    void Foo(){printf("Foo/n");}

};

長度：1

記憶體結構：

??

評註：同真空類差不多，內部的成員函式並不會影響類大小。

三、簡單類

class COneMember

{

public:

    COneMember(int iValue = 0){m_iOne = iValue;};

private:

    int m_iOne;

};

長度：4

記憶體結構：

00 00 00 00 //m_iOne

評註：成員資料才影響類大小。

四、簡單繼承

class CTwoMember:public COneMember

{

private:

    int m_iTwo;

};

長度：8

記憶體結構：

00 00 00 00 //m_iOne

CC CC CC CC //m_iTwo

評註：子類成員接在父類成員之後。

五、再繼承

class CThreemember:public CTwoMember

{

public:

    CThreemember(int iValue=10) {m_iThree = iValue;};

private:

    int m_iThree;

};

長度：12

記憶體結構：

00 00 00 00 //m_iOne

CC CC CC CC //m_iTwo

0A 00 00 00 //m_iThree

評註：孫類成員接在子類之後，再再繼承就依此類推了。

六、多重繼承

class ClassA

{

public:

    ClassA(int iValue=1){m_iA = iValue;};

private:

    int m_iA;

};

class ClassB

{

public:

    ClassB(int iValue=2){m_iB = iValue;};

private:

    int m_iB;

};

class ClassC

{

public:

    ClassC(int iValue=3){m_iC = iValue;};

private:

    int m_iC;

};

class CComplex :public ClassA, public ClassB, public ClassC

{

public:

    CComplex(int iValue=4){m_iComplex = iValue;};

private:

    int m_iComplex;

};

長度：16

記憶體結構：

01 00 00 00  //A

02 00 00 00  //B

03 00 00 00  //C

04 00 00 00  //Complex

評註：也是父類成員先出現在前邊，我想這都足夠好理解。

七、複雜一些的繼承

不寫程式碼了，怕讀者看了眼花，改畫圖。

長度：32

記憶體結構：

01 00 00 00 //A

02 00 00 00 //B

03 00 00 00 //C

04 00 00 00 //Complex

00 00 00 00 //OneMember

CC CC CC CC //TwoMember

0A 00 00 00 //ThreeMember

05 00 00 00 //VeryComplex

評註：還是把自己的成員放在最後。

只要沒涉及到“虛”（Virtual），我想沒什麼難點，不巧的是“虛”正是我們要研究的內容。

八、趁熱打鐵，看“虛繼承”

class CTwoMember:virtual public COneMember

{

private:

    int m_iTwo;

};

長度：12

記憶體結構：

E8 2F 42 00 //指標，指向一個關於偏移量的陣列，且稱之虛基類偏移量表指標

CC CC CC CC // m_iTwo

00 00 00 00 // m_iOne（虛基類資料成員）

評註：virtual讓長度增加了4，其實是多了一個指標，關於這個指標，確實有些複雜，別的文章有具體分析，這裡就不岔開具體講了，可認為它指向一個關於虛基類偏移量的陣列，偏移量是關於虛基類資料成員的偏移量。

九、“閉合”虛繼承，看看效果

長度：24

記憶體結構：

14 30 42 00 //ClassB的虛基類偏移量表指標

02 00 00 00 //m_iB

C4 2F 42 00 //ClassC的虛基類偏移量表指標

03 00 00 00 //m_iC

04 00 00 00 //m_iComplex

01 00 00 00 //m_iA

評註：和預料中的一樣，虛基類的成員m_iA只出現了一次，而且是在最後邊。當然了，更復雜的情況要比這個難分析得多，但虛繼承不是我們研究的重點，我們只需要知道：虛繼承利用一個“虛基類偏移量表指標”來使得虛基類即使被重複繼承也只會出現一次。

十、看一下關於static成員

class CStaticNull

{

public:

    CStaticNull(){printf("Construct/n");}

    ~CStaticNull(){printf("Desctruct/n");}

    static void Foo(){printf("Foo/n");}

    static int m_iValue;

};

長度：1

記憶體結構：（同CNull2）

評註：可見static成員不會佔用類的大小，static成員的存在區域為靜態區，可認為它們是“全域性”的，只是不提供全域性的訪問而已，這跟C的static其實沒什麼區別。

十一、帶一個虛擬函式的空類

class CVirtualNull

{

public:

    CVirtualNull(){printf("Construct/n");}

    ~CVirtualNull(){printf("Desctruct/n");}

    virtual void Foo(){printf("Foo/n");}

};

長度：4

記憶體結構：

00 31 42 00 //指向虛擬函式表的指標（虛擬函式表後面簡稱“虛表”）

00423100:（虛表）

41 10 40 00 //指向虛擬函式Foo的指標

00401041:

E9 78 02 00 00 E9 C3 03 … //函式Foo的內容（看不懂）

評註：帶虛擬函式的類長度就增加了4，這個4其實就是個指標，指向虛擬函式表的指標，上面這個例子中虛表只有一個函式指標，值就是“0x00401041”，指向的這個地址就是函式的入口了。

十二、繼承帶虛擬函式的類

class CVirtualDerived : public CVirtualNull

{

public:

    CVirtualDerived(){m_iVD=0xFF;};

    ~CVirtualDerived(){};

private:

    int m_iVD;

};

長度：8

記憶體結構：

3C 50 42 00 //虛表指標

FF 00 00 00 //m_iVD

0042503C:（虛表）

23 10 40 00 //指向虛擬函式Foo的指標，如果這時候建立一個CVirtualNull物件，會發現它的虛表的內容跟這個一樣

評註：由於父類帶了虛擬函式，子類就算沒有顯式宣告虛擬函式，虛表還是存在的，虛表存放的位置跟父類不同，但內容是同的，也就是對父類虛表的複製。

十三、子類有新的虛擬函式

class CVirtualDerived: public CVirtualNull

{

public:

    CVirtualDerived(){m_iVD=0xFF;};

    ~CVirtualDerived(){};

    virtual void Foo2(){printf("Foo2/n");};

private:

    int m_iVD;

};

長度：8

記憶體結構：

24 61 42 00 //虛表指標

FF 00 00 00 //m_iVD

00426124:（虛表）

23 10 40 00

50 10 40 00

評註：虛表還是隻有一張，不會因為增加了新的虛擬函式而多出另一張來，新的虛擬函式的指標將新增在複製了的虛表的後面。

十四、當純虛擬函式（pure function）出現時

class CPureVirtual

{

    virtual void Foo() = 0;

};

class CDerivePV : public CPureVirtual

{

    void Foo(){printf("vd: Foo/n");};

};

長度：4（CPureVirtual），4（CDerivePV）

記憶體結構：

CPureVirtual:

（不可例項化）

CDerivePV:

28 50 42 00 //虛表指標

00425028:（虛表）

5A 10 40 00 //指向Foo的函式指標

評註：帶純虛擬函式的類不可例項化，因此列不出其“記憶體結構”，由其派生類實現純虛擬函式。我們可以看到CDerivePV雖然沒有virtual宣告，但由於其父類帶virtual，所以還是繼承了虛表，如果CDerivePV有子類，還是這個道理。

十五、虛擬函式類的多重繼承

前面提到：（子類的虛表）不會因為增加了新的虛擬函式而多出另一張來，但如果有多重繼承的話情況就不是這樣了。下例中你將看到兩張虛表。

大小：24

記憶體結構

F8 50 42 00 //虛表指標

01 00 00 00 //m_iA

02 00 00 00 //m_iB

E8 50 42 00 //虛表指標

03 00 00 00 //m_iC

04 00 00 00 //m_iComplex

004250F8:（虛表）

5A 10 40 00 //FooA

55 10 40 00 //FooB

64 10 40 00 //FooComplex

004250E8:（虛表）

5F 10 40 00 //FooC

評註：子類的虛擬函式接在第一個基類的虛擬函式表的後面，所以B接在A後面，Complex接在B後面。基類依次出現，子類成員接在最後面，所以m_iComplex位於最後面。

十六、包含虛擬函式類的虛繼承

class VirtualInheritance
{
	char k[3];
public:
	virtual void aa(){};
};
class sonClass1: public virtual VirtualInheritance
{
	char j[3];
public:
	virtual void bb(){};
};
class sonClass2: public virtual sonClass1
{
	char f[3];
public:
	virtual void cc(){};
};

int main()
{
	cout << "sizeof(VirtualInheritance):" << sizeof(VirtualInheritance) << endl;
	cout << "sizeof(sonClass1):" << sizeof(sonClass1) << endl;
	cout << "sizeof(sonClass2):" << sizeof(sonClass2) << endl;

	return 0;
}
輸出的結果：

visio studio： 8，20，32

gcc： 8，16，24

評註：

對於VirtualInheritance類，大小為8， 沒有異議，他有個虛表指標vtp_VirtualInheritanc;

對於sonClass1類：

在visio studio 編譯器下，大小為20。由於是虛擬繼承，又有自己的虛擬函式，所以先擁有一個自己的虛擬函式指標vpt_sonClass1，大小為4，指向自己的虛表；還要有一個char[3]，大小為4；為了實現虛擬繼承，首先sonClass1加入了一個指向其父類的虛類指標，記作vtp_sonClass1_VirtualInheritanc，大小為4；然後在加上父類的所有大小8，所以總共是20位元組。

在gcc編譯器下，大小為16，沒有計運算元類中指向父類的虛類指標vtp_sonClass1_VirtualInheritanc的大小。

對於sonClass2：

在visio studio環境下，大小為32。和上面一樣，子類擁有char[3]，大小為4位元組，因為是虛繼承，還有自己的虛擬函式，所以擁有自己的一個虛表指標，vtp_sonClass2，大小為4位元組。然後還有一個指向父類的虛類指標vtp_sonClass2_sonClass

1，大小為4。最後加上其父類的總大小20，所以總的大小為4+4+4+20=32；

在gcc環境下，沒有計算虛類指標的大小，即4+4+16=24。

17、包含虛擬函式的多重普通、虛擬混合繼承

class VirtualInheritance
{
	char k[3];
public:
	virtual void aa(){};
};
class sonClass1: public virtual VirtualInheritance
{
	char j[3];
public:
	virtual void bb(){};
};

class VirtualInheritance2
{
    char l[3];
public:
	virtual void dd(){};
};

class sonClass2: public virtual sonClass1,public VirtualInheritance2
{
	char f[3];
public:
   virtual void cc(){};
};

int main()
{
	cout << "sizeof(VirtualInheritance):" << sizeof(VirtualInheritance) << endl;
	cout << "sizeof(sonClass1):" << sizeof(sonClass1) << endl;
	cout << "sizeof(sonClass2):" << sizeof(sonClass2) << endl;

	return 0;
}

評註：此時sonClass2的大小變成36。和16不同的是，此時sonClass2是多重繼承，其中一個是虛繼承，一個普通繼承，他的大小在visio studio中變成36，相比16增加了4，這剛好是char l[3]的大小，因為聳sonClass2已經有了一個虛表，所以在他原有的虛表中多一條記錄即可。

18、包含虛擬函式的多重虛擬繼承

class VirtualInheritance
{
	char k[3];
public:
	virtual void aa(){};
};
class sonClass1: public virtual VirtualInheritance
{
	char j[3];
public:
	virtual void bb(){};
};

class VirtualInheritance2
{
    char l[3];
public:
	virtual void dd(){};
};

class sonClass2: public virtual sonClass1,public virtual VirtualInheritance2
{
	char f[3];
public:
   virtual void cc(){};
};

int main()
{
	cout << "sizeof(VirtualInheritance):" << sizeof(VirtualInheritance) << endl;
	cout << "sizeof(sonClass1):" << sizeof(sonClass1) << endl;
	cout << "sizeof(sonClass2):" << sizeof(sonClass2) << endl;

	return 0;
}

評註：此時sonClass2的大小變成40。與17不同的是，sonClass2的多重繼承都是虛擬繼承。sonClass2的大小由以下幾部分構成：

1.自己本身的大小，char[3] 大小為4，一個虛擬函式，所以有個指向虛表的指標，大小為4，所以自身大小總的為8；

2.虛擬繼承sonClass1，因為虛擬繼承所以有個虛類指標ptr_sonClass2_sonClass1，大小為4，而sonClass1的大小為20，所以虛擬繼承sonClass1的大小為24；

3.虛擬繼承VirtualInheritance2，一個虛類指標ptr_sonClass2_VirtualInheritance2=ptr_sonClass2_sonClass1+偏移量，該指標和ptr_sonClass2_sonClass1公用一個指標，只是偏移量不同，所以大小為0（即使再多繼承幾個virtual class，這個指標的大小隻算 一次），而VirtualInheritance2的大小為8，所以總的大小為8。

所以40=8+24+8

總結：

1，普通單繼承，只需將自身成員變數的大小加上父類大小（父類中 有虛擬函式，子類中不管有沒有）若父類沒有虛擬函式，則子類大小需要加上指向虛表的指標大小。

2，普通多繼承，若幾個父類都有虛表，則子類與第一個父類公用一個虛表指標，其他有幾個有虛擬函式的父類則就有幾個虛表指標。

3，虛擬單繼承，此時若子類有虛擬函式則加上一個自身的虛表指標的大小，（若沒有則不加）再加上自身的成員變數大小，還要加上一個虛類指標ptr_sonclass_fatherclass，最後加上父類的大小。

4，多重虛擬繼承，此時若子類有虛擬函式則加上一個自身的虛表指標的大小，（若沒有則不叫）再加上自身的成員變數大小，還要加上 一個公用的虛類指標（不管有幾個虛擬父類，只加一個），在加上所有父類的大小。

5、普通、虛擬混合多繼承，此時子類的大小為自身大小（若子類或普通父類有虛擬函式，則為成員變數+虛表指標大小；若都沒虛擬函式，則就為成員變數大小），加上一個虛類指標大小，在加上虛擬父類的大小，在加上普通父類的大小（除虛表指標，因為它和子類公用一個虛表指標）。

歡迎補充！

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