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[C++知识库]C++ --- 继承结构下类对象的内存布局

目录

virtual应用场景:

普通继承(不含虚函数)

普通继承(含虚函数)

虚继承(不含虚函数)

虚继承(含虚函数)


首先,明确几个概念:

抽象类:含有纯虚函数的类叫做抽象类,抽象类不能实例化对象,但是可以定义指针或者引用变量,在实际开发中,我们一般把基类设计成抽象类;

虚基类:被虚继承的类叫做虚基类,也就是在继承方式前添加了virtual关键字;

virtual应用场景:

  • 修饰成员方法,表明该方法是虚函数,含有虚函数的类会自动添加一个虚函数指针(vfptr)成员数据,vfptr指向虚函数表(vftable)。
  • 修饰继承方式,如 class B : virtual public A,表示是虚继承,此时A成为虚基类;那么当我们用B生成对象的时候,该对象的内存布局里面会自动添加一个虚基类指针(vbptr),vbptr指向虚基类表(vbtable)。

四种情况(针对派生类对象的内存布局)

普通继承(不含虚函数)

#include<iostream>

using namespace std;

class A
{
    public:
        void show() {cout << ma << endl;}
    private:
        int ma;
};
class B : public A
{
    public:
        void show() {cout << mb << endl;}
    private:
        int mb;
};
 
int main()
{

    cout << sizeof(A) << endl;    // 4
    cout << sizeof(B) << endl;    // 8

    return 0;
} 

在这种普通继承(无虚函数)条件下,派生类对象内存布局里面先存储基类的成员变量,然后再存储派生类自己的成员变量,如下图所示:

普通继承(含虚函数)

#include<iostream>

using namespace std;

class A
{
    public:
        virtual void show() {cout << ma << endl;}
    private:
        int ma;
};
class B : public A
{
    public:
        void show() {cout << mb << endl;}
    private:
        int mb;
};
 
int main()
{

    cout << sizeof(A) << endl;    // 16   内存对齐
    cout << sizeof(B) << endl;    // 16

    return 0;
} 

在这种普通继承(含有虚函数)条件下,由于基类存在虚函数,所以基类存在虚函数指针;派生类重写了基类虚函数,此时在派生类中该方法也是虚函数,因此派生类也存在虚函数指针,我们根据sizeof()可以观察出来(注意:class和struct一样存在内存对齐问题)。;所以在派生类对象内存布局中,先存储一个虚函数指针,然后存储派生类从基类继承过来的成员变量,最后存储派生类自己的成员变量,内存布局如下图所示:

?

虚继承(不含虚函数)

#include<iostream>

using namespace std;

class A
{
    public:
        void show() {cout << ma << endl;}
    private:
        int ma;
};
class B : virtual public A
{
    public:
        void show() {cout << mb << endl;}
    private:
        int mb;
};
 
int main()
{

    cout << sizeof(A) << endl;    // 4
    cout << sizeof(B) << endl;    // 16

    return 0;
} 

在这种虚继承(基类无虚函数)环境下,由于派生类采用虚继承方式,所以在派生类中会产生一个虚基类指针,指向虚基类表(vbptr -> vbtable),通过sizeof()我们也可以看出;对于这种情况,派生类内存布局中,首先会存放vbptr,然后存放派生类自己的成员变量,最后再存放基类的成员变量,如下图所示:

?

虚继承(含虚函数)

#include<iostream>

using namespace std;

class A
{
    public:
        virtual void show() {cout << ma << endl;}
    private:
        int ma;
};
class B : virtual public A
{
    public:
        void show() {cout << mb << endl;}
    private:
        int mb;
};
 
int main()
{

    cout << sizeof(A) << endl;    // 16
    cout << sizeof(B) << endl;    // 32

    return 0;
} 

在这种情况下,虚继承并且基类有虚函数,我们通过输出可以看到B类的大小是32;在B类的对象内存布局中,首先存储虚基类指针(占8个字节),然后存放B自己的成员变量mb(占4个字节),由于内存对齐要再补充4个字节,然后存放从基类继承来的成员变量,首先是虚函数指针(vfptr,占8个字节),然后是ma(占4个字节),再一次内存对齐补4个字节,所以总共:8+4+4+8+4+4=32个字节,如下图所示:

?

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加:2021-08-15 15:19:21  更:2021-08-15 15:21:31 
 
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