C++学习之路（九）：从菱形继承引入的对象模型

一、单继承

class A {int a;};
class B : public A {int b;};

普通的单继承关系，类的大小是由其虚表指针和非静态成员函数大小决定。故上述sizeof(A)的大小为4。

类B公有继承A，对象模型如下：

　　类A的非静态成员（4字节）

　　类B的非静态成员（4字节）

故类B的大小为8字节。

二、多继承

class A {int a;};
class B {int b;};
class C : public A, public B {int c;};

普通的多继承关系，这里和上述单继承类似。直接给出类C的对象模型如下：

　　类A的非静态成员（4字节）

　　类B的非静态成员（4字节）

　　类C的非静态成员（4字节）

故类C的大小为12字节。

三、含有虚函数的普通继承

（1）含有虚函数的类对象模型

C++中引入了虚函数，即多态的概念。如果一个类中存在虚函数，则该类对象在被实例化时，其首地址开始的4个字节存放着虚函数表指针（vptr），vptr指向了一个虚表（理解为结构体数组），数组中的每一个位置存放着虚函数的实际地址。（ps：一个类的大小与其非成员变量有关，所以如果一个仅包含虚函数的类，其大小只有一个虚表指针，即4字节）

class A
{
    virtual void test(void);
    int a;
};

故上述类A的大小为，一个vptr加上一个成员变量，为8字节。

（2）含有虚函数的普通单继承

class A
{
    virtual void test(void);
    int a;
};

class B : public A
{
    int b;
};

类B直接继承类A，由于类A中存在虚函数，所以类B对象中同样也会有vptr虚表指针，并指向一个虚表，用于重写test函数。类B的对象模型如下：

　　类B的vptr（4字节）　　----->　　指向了一个虚表

　　类A的非静态成员（4字节）

　　类B的非静态成员（4字节）

故类B的大小为12字节。（先虚表，然后是基类的成员，最后是子类的成员）

（3）含有虚函数的多继承

含有虚函数的多继承

class A
{
    virtual void test_a(void){}
    int a;
};

class B
{
    virtual void test_b(void){}
    int b;
};

class C : public A, public B {int c;};

类C的对象模型如下：

　　类A的vptr

　　A::a

　　类B的vptr

　　B::b

　　C::c

四、含有虚函数的类对象虚继承

class A
{
    virtual void test(void);
    int a;
};

class B : public virtual A
{
　　 void test(void);
　　virtual void test1(void);

    int b;
};

直接给出类B的对象模型如下：

　　类B的vptr（4字节）　　　　----->　　指向虚表，新增的虚函数放在自己的虚表

　　类B的非静态成员（4字节）

　　类A的vptr（4字节）              ------>　　指向虚表，重写的虚函数放在这个虚表。保存B::test()

　　类A的非静态成员（4字节）

故类B的大小为16字节。

五、菱形继承

所谓菱形继承，是一种较为特殊的多继承关系，融合了多继承与虚继承。如图：

 

结合代码如下：

class X {};
class Y : public virtual X {};
class Z : public virtual X {};
class A : public Y, public Z {};

如果通过sizeof输出上述四个类的大小，结果为：1,4,4,8。

 （1）、空类的大小

C++定义一个类如果是一个空类，会被编译器默认插入一个char（1个字节），从而使得该类的两个对象在内存中可以有独一无二的地址。所以上述sizeof(X)结果为1

（2）、虚继承类的大小

在虚继承的子类中，子类除了vptr，还会增加一种形式的指针。这个指针或者指向虚基类子对象，或者指向一个相关的表格，表格中存放的不是虚基类子对象的地址，就是其偏移量，这个指针被称为bptr。（在同时存在vptr和bptr的时候，某些编译器会将其优化，合并为一个指针）

故上述Y和Z，自身包含指针bptr（占四个字节），继承X的非静态成员变量（占0个字节），故sizeof(Y)和sizeof(Z)结果都为4。

（3）、类A的大小

A是直接从Y和Z多继承而来，由于X是一个虚基类（子类都虚继承），所以在A中仅仅会存在一个X类的副本。整个A的对象结构为：

　　类Y的bptr（4字节）　　　　

　　类Y的非静态成员（0字节）　　

　　类Z的bptr（4字节）

　　类Z的非静态成员（0字节）

　　类A的非静态成员（0字节）

　　类X的非静态成员（0字节）

故sizeof(X)结果为8。这里从上往下分别是Y和Z的顺序，是由类A的继承顺序决定的。

参考：https://www.cnblogs.com/fanzhidongyzby/archive/2013/01/14/2859064.html