虛函數及繼承

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1、空類，空類單繼承，空類多繼承的sizeof

#include <iostream>
using namespace std;

class Base1
{

};

class Base2
{

};

class Derived1:public Base1
{

};

class Derived2:public Base1,public Base2
{

};

int main()
{
    Base1 b1;
    Base2 b2;
    Derived1 d1;
    Derived2 d2;
    cout<<"sizeof(Base1) = "<<sizeof(Base1)<<"
sizeof(b1) = "<<sizeof(b1)<<endl;
     cout<<"sizeof(Base2) = "<<sizeof(Base2)<<"
sizeof(b2) = "<<sizeof(b2)<<endl;
    cout<<"sizeof(Derived1) = "<<sizeof(Derived1)<<"
sizeof(d1) = "<<sizeof(d1)<<endl;
    cout<<"sizeof(Derived2) = "<<sizeof(Derived2)<<"
sizeof(d1) = "<<sizeof(d1)<<endl;

    return 0;
}

結果爲：

sizeof(Base1) = 1 sizeof(b1) = 1
sizeof(Base2) = 1 sizeof(b2) = 1
sizeof(Derived1) = 1 sizeof(d1) = 1
sizeof(Derived2) = 1 sizeof(d1) = 1
可以看出所有的結果都是1。

 

2、含有虛函數的類以及虛繼承類的sizeof

虛函數（Virtual Function）是通過一張虛函數表（Virtual Table）來實現的。編譯器必需要保證虛函數表的指針存在於對象實例中最前面的位置（這是爲了保證正確取到虛函數的偏移量）。

假設我們有這樣的一個類：

class Base {

public:

virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }

virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }

virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }

};

當我們定義一個這個類的實例，Base b時，其b中成員的存放如下：

指向虛函數表的指針在對象b的最前面。

虛函數表的最後多加了一個結點，這是虛函數表的結束結點，就像字符串的結束符“\0”一樣，其標誌了虛函數表的結束。這個結束標誌的值在不同的編譯器下是不同的。在WinXP+VS2003下，這個值是NULL。而在Ubuntu 7.10 + Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3下，這個值是如果1，表示還有下一個虛函數表，如果值是0，表示是最後一個虛函數表。

因爲對象b中多了一個指向虛函數表的指針，而指針的sizeof是4，因此含有虛函數的類或實例最後的sizeof是實際的數據成員的sizeof加4。

下面將討論針對基類含有虛函數的繼承討論

（1）在派生類中不對基類的虛函數進行覆蓋，同時派生類中還擁有自己的虛函數，比如有如下的派生類：

class Derived: public Base

 {

public:

virtual void f1() { cout << "Derived::f1" << endl; }

virtual void g1() { cout << "Derived::g1" << endl; }

virtual void h1() { cout << "Derived::h1" << endl; }

};

基類和派生類的關係如下：

當定義一個Derived的對象d後，其成員的存放如下：

可以發現：

       1）虛函數按照其聲明順序放於表中。

       2）父類的虛函數在子類的虛函數前面。

此時基類和派生類的sizeof都是數據成員的sizeof加4。

（2）在派生類中對基類的虛函數進行覆蓋，假設有如下的派生類：

class Derived: public Base

 {

public:

virtual void f() { cout << "Derived::f" << endl; }

virtual void g1() { cout << "Derived::g1" << endl; }

virtual void h1() { cout << "Derived::h1" << endl; }

};

基類和派生類之間的關係：其中基類的虛函數f在派生類中被覆蓋了

當我們定義一個派生類對象d後，其d的成員存放爲：

可以發現：

1）覆蓋的f()函數被放到了虛表中原來父類虛函數的位置。

2）沒有被覆蓋的函數依舊。

這樣，我們就可以看到對於下面這樣的程序，

Base *b = new Derive();

b->f();

由b所指的內存中的虛函數表的f()的位置已經被Derive::f()函數地址所取代，於是在實際調用發生時，是Derive::f()被調用了。這就實現了多態。

（3）多繼承：無虛函數覆蓋

假設基類和派生類之間有如下關係：

對於子類實例中的虛函數表，是下面這個樣子：

我們可以看到：

1） 每個父類都有自己的虛表。

2） 子類的成員函數被放到了第一個父類的表中。（所謂的第一個父類是按照聲明順序來判斷的）

由於每個基類都需要一個指針來指向其虛函數表，因此d的sizeof等於d的數據成員加3*4=12。

（4）多重繼承，含虛函數覆蓋

假設，基類和派生類又如下關係：派生類中覆蓋了基類的虛函數f

下面是對於子類實例中的虛函數表的圖：

我們可以看見，三個父類虛函數表中的f()的位置被替換成了子類的函數指針。這樣，我們就可以任一靜態類型的父類來指向子類，並調用子類的f()了。如：

Derive d;

Base1 *b1 = &d;

Base2 *b2 = &d;

Base3 *b3 = &d;

b1->f(); //Derive::f()

b2->f(); //Derive::f()

b3->f(); //Derive::f()

b1->g(); //Base1::g()

b2->g(); //Base2::g()

b3->g(); //Base3::g()

3、一個關於含虛函數及虛繼承的sizeof計算

#include 
<iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
    virtual void f();
    virtual void g();
    virtual void h();
};

class Derived1:public Base
{
public:
    virtual void f1();
    virtual void g1();
    virtual void h1();
};

class Derived2:public Base
{
public:
    virtual void f();
    virtual void g1();
    virtual void h1();
};

class Derived3:virtualpublic Base
{
public:
    virtual void f1();
    virtual void g1();
    virtual void h1();
};

class Derived4:virtualpublic Base
{
public:
    virtual void f();
    virtual void g1();
    virtual void h1();
};

class Derived5:virtualpublic Base
{
public:
    virtual void f();
    virtual void g();
    virtual void h();
};

class Derived6:virtualpublic Base
{

};

int main()
{
    cout<<sizeof(Base)<<endl;//4
    cout<<sizeof(Derived1)<<endl;//4
    cout<<sizeof(Derived2)<<endl;//4
    cout<<sizeof(Derived3)<<endl;//12
    cout<<sizeof(Derived4)<<endl;//12
    cout<<sizeof(Derived5)<<endl;//8
    cout<<sizeof(Derived6)<<endl;//8

    return 0;
}

對於Base, Derived1和Derived2的結果根據前面關於繼承的分析是比較好理解的，不過對於虛繼承的方式則有點不一樣了，根據結果自己得出的一種關於虛繼承的分析，如對Derived3或Derived4定義一個對象d,其裏面會出現三個跟虛函數以及虛繼承的指針，因爲是虛繼承，因此引入一個指針指向虛繼承的基類，第二由於在基類中有虛函數，因此需要指針指向其虛函數表，由於派生類自己本身也有自己的虛函數，因爲採取的是虛繼承，因此它自己的虛函數不會放到基類的虛函數表的後面，而是另外分配一個只存放自己的虛函數的虛函數表，於是又引入一個指針，從例子中看到Derived5和Derived6的結果是8，原因是在派生類要麼沒有自己的虛函數，要麼全部都是對基類虛函數的覆蓋，因此就少了指向其派生類自己的虛函數表的指針，故結果要少4。（這個是個人的分析，但原理不知道是不是這樣的）