C++中派生類對象的內存佈局

主要從三個方面來講：

　　1 單一繼承

　　2 多重繼承

　　3 虛擬繼承

1 單一繼承

（1）派生類完全擁有基類的內存佈局，並保證其完整性。

　　派生類可以看作是完整的基類的Object再加上派生類自己的Object。如果基類中沒有虛成員函數，那麼派生類與具有相同功能的非派生類將不帶來任何性能上的差異。另外，一定要保證基類的完整性。實際內存佈局由編譯器自己決定，VS裏，把虛指針放在最前邊，接着是基類的Object，最後是派生類自己的object。舉個栗子：

class A
{
    int b;
    char c;
};
class A1 :public A
{
        char a;
};
int main()
{
    cout << sizeof(A) << " " << sizeof(A1) << endl;
    return 0;
}

　　輸出是什麼？

　　答案：

　　　　8 12

　　A類的話，一個int，一個char，5B，內存對齊一下，8B。A1的話，一個int，兩個char，內存對齊一下，也是8B。不對嗎？

　　我說了，要保證基類對象的完整性。那麼一定要保證A1類前面的幾個字節一定要與A類完全一樣。也就是說，A類作爲內存補齊的3個字節也是要出現在A1裏面的。也就是說，A類是這樣的：int(4B)+char(1B)+padding(3B)=8B，A1類：int(4B)+char(1B)+padding(3B)+char(1B)+padding(3B)=12B。

（2）虛指針怎麼處理？

　　還是視編譯器而定，VS是永遠把vptr放在對象的最前邊。如果基類中含有虛函數，那麼處理情況與上邊一樣。可是，如果基類中沒有虛函數而派生類有的話，那麼如果把vptr放在派生類的前邊的話，將會導致派生類中基類成分並不在最前邊。這將帶來什麼問題呢？舉慄：假設A不含虛，而A1含。

A *pA;
A1 obj_A1;
pA=&obj_A1;

　　如果A1完全包含A並且A位於A1的最前邊，那麼編譯器只需要把&obj_A1直接賦給pA就可以了。如果不是呢？編譯器就需要把&obj_A1+sizeof(vptr)賦給pA了。

2 多重繼承

　　說結論：VS的內存佈局是按照聲明順序排列內存。再舉個栗子：

class point2d
{
public:
    virtual ~point2d(){};
    float x;
    float y;
};
class point3d :public point2d
{
    ~point3d(){};
    float z;
};
class vertex
{
public:
    virtual ~vertex(){};
    vertex* next;
};
class vertex3d :public point3d, public vertex
{
    float bulabula;
};


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    cout << sizeof(point2d) << " " << sizeof(point3d) << " " << sizeof(vertex) << " " << sizeof(vertex3d) << endl;
    return 0;
}

　　輸出： 12 16 8 24。

　　內存佈局：

　　　　point2d: vptr(4)+x(4)+y(4)=12B

　　　　point3d: vptr+x+y+z=16B

　　　　vertex: vptr+next=8B

　　　　vertex3d: vptr+x+y+z+vptr+next+bulabula=28B

3 虛擬繼承

（1）爲什麼要有“虛繼承”這樣的機制？

　　簡單講，虛繼承是爲也防止“diamond”繼承所帶來的問題。也就是類A1、A2都繼承於A，類B又同時繼承於A1、A2。這樣一來，類B中就有兩份類A的成員了，這樣的程序無法通過編譯。我們改成這樣的形式：

class A
{
public:
　　int a;
　　virtual ~A(); 
};
class A1 :public virtual A
{
　　int a1;
};
class A2 :public virtual A
{
　　int a2;
};
class B :public A1,public A2
{
　　int b;
};

　　這樣就能防止這樣的事情發生。

（2）虛擬繼承與普通繼承的區別：

　　普通繼承使得派生類每繼承一個基類便擁有一份基類的成員。而虛擬繼承會把通過虛擬繼承的那一部分，放在對象的最後。從而使得只擁有一份基類中的成員。虛擬對象的偏移量被保存在Derived類的vtbl的this指向的上一個slot。比較難理解。下面我給你個栗子。

（3）虛擬繼承的內存佈局：

　　每個派生類會把其不變部分放在前面，共享部分放在後面。

上面四個類的大小是怎樣的呢？

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    cout << sizeof(A) << " " << sizeof(A1) << " " << sizeof(A2) << " " << sizeof(B) << endl;
    return 0;
}

　　輸出：8 16 16 28

　　內存佈局：

　　　　A: vptr+a=8B

　　　　A1: vptr+a1+vptrA+a=16B

　　　　A2: vptr+a2+vptrA+a=16B

　　　　A3: vptr+a1+vptrA2+a2+b+vptrA+a=28B

　　上個草圖：

　　就是這樣。