C++虚继承的实现方式与内存布局

浏览数：14 / 时间：2015年06月08日

说明：本文给出的结论均是在VS2010下调试的结果。

一、问题引入

下面的四个类是典型的C++虚继承的基本结构，现在的问题是这四个类对象的sizeof分别是多少？

class Base{                              //虚基类
public:
	double dou;
};
class Derived1 : public virtual Base{    //虚继承
public:
	double in;
};
class Derived2 : public virtual Base{    //虚继承
public:
	double on;
};
class A : public Derived1, public Derived2{
};

在VS2010下，内存对齐设置为4字节对齐，运行以下代码的结果：

int main()
{
	int i = 0xaabbccdd;
	double a = 1, b = 2, c = 3, d = 4;

	Base bobj;
	bobj.dou = 1;
	Derived1 d1obj;
	d1obj.dou = 2;
	d1obj.in = 1;
	Derived2 d2obj;
	d2obj.dou = 3;
	d2obj.on = 1;
	A aobj;
	aobj.dou = 4;
	aobj.in = 1;
	aobj.on = 1;

	cout << sizeof(bobj) << endl;
	cout << sizeof(d1obj) << endl;
	cout << sizeof(d2obj) << endl;
	cout << sizeof(aobj) << endl;

	system("pause");
}

二、虚基类的内存布局

main函数中的变量i是为了快速定位到栈的存储位置，变量a,b,c,d只是是为了给出double类型的1,2,3,4在内存中的形式，方便后面跟踪各个类对象的成员在内存中的位置。下面的截图是在debug win32下启动调试后得到的栈上的内存布局：

说明：

1、栈上的每个变量间都加入了8个字节的cccccccc cccccccc，这是debug模式下编译器插入的security cookie；

2、黑色框表示的是Base bobj的内存空间，占8字节，存放了double型的变量bobj.dou = 1；

3、红色框表示的是Derived1 d1obj的内存空间，占20个字节：开始的4个字节（0x01387838）是指向虚基类表的指针，后面的八个字节（0x00000000 3ff00000）是double型变量d1obj.in = 1，最后八个字节（0x00000000 40000000）是从虚基类Base继承而来的double型变量d1obj.dou = 2；

4、同理3，黄色框表示的是Derived2 d2obj的内存空间，也是占20个字节：开始的4个字节（0x0138789c）是指向虚基类表的指针，后面的八个字节（0x00000000 3ff00000）是double型变量d2obj.on = 1，最后八个字节（0x00000000 40080000）是从虚基类Base继承而来的double型变量d2obj.dou = 3；

5、绿色框表示的是A aobj的内存空间，共32字节：

开始4个字节（0x013878b4）对应了从Derived1类继承的虚基类表指针，随后的八个字节（0x00000000 3ff00000）是从Derived1中继承的double型变量aobj.in = 1，接下来四字节（0x013878a8）对应了从Derived2类继承的虚基类表指针，之后的八个字节（0x00000000 3ff00000）是从Derived2中继承的double型变量aobj.on = 1，最后八个字节（0x00000000 40100000）则是继承自虚基类Base的double型变量aobj.dou = 4。

观察以上的内存布局恶意得出以下结论：

1、在虚继承体系中的派生类内存布局的次序是：虚基类表指针，派生类本身的非static成员变量，继承至虚基类的非static成员变量。虚基类指针放在最前面，而从虚基类继承来的成员则在最后面；

2、类A的对象aobj中确实只持有一份虚基类的成员变量，并没有因同时继承了Derived1和Derived2，而持有两份；那么，如果去掉虚继承，改为普通的基础，aobj的内存布局又会是怎样呢？（去掉代码中的两个virtual关键字，调试一下内存布局，可以发现d1obj，d2obj，aobj的内存空间没有虚基类表指针；如果在代码中用到aobj.dou，会编译报错，说“dou的访问不明确”）

看到这里，大家也许会有疑问：凭什么说对象的首字节就是虚基类表指针呢？编译器又是怎么通过虚基类表指针控制A的对象只持有一份虚基类的成员变量的呢？接下来，给出相应的汇编指令加以说明。

三、汇编指令

先看Derived1对象相关部分的汇编代码：