c++ - 多重虚拟继承中的虚拟表和内存布局

Question

考虑以下层次结构:

struct A {
   int a; 
   A() { f(0); }
   A(int i) { f(i); }
   virtual void f(int i) { cout << i; }
};
struct B1 : virtual A {
   int b1;
   B1(int i) : A(i) { f(i); }
   virtual void f(int i) { cout << i+10; }
};
struct B2 : virtual A {
   int b2;
   B2(int i) : A(i) { f(i); }
   virtual void f(int i) { cout << i+20; }
};
struct C : B1, virtual B2 {
   int c;
   C() : B1(6),B2(3),A(1){}
   virtual void f(int i) { cout << i+30; }
};

1. C 实例的确切 内存布局是什么？它包含多少个 vptr，每个 vptr 的确切放置位置？哪些虚拟表与 C 的虚拟表共享？每个虚拟表究竟包含什么？

   我是如何理解布局的:

   ----------------------------------------------------------------
   |vptr1 | AptrOfB1 | b1 | B2ptr | c | vptr2 | AptrOfB2 | b2 | a |
   ----------------------------------------------------------------
   

   其中 AptrOfBx 是指向 Bx 包含的 A 实例的指针(因为继承是虚拟的)。
   那是对的吗？ vptr1 指向哪些函数？ vptr2 指向哪些函数？

2. 给定以下代码

   C* c = new C();
   dynamic_cast<B1*>(c)->f(3);
   static_cast<B2*>(c)->f(3);
   reinterpret_cast<B2*>(c)->f(3);
   

   为什么所有对 f 的调用都打印 33？

Answer 1

虚拟基地与普通基地有很大不同。请记住，“虚拟”意味着“在运行时确定”——因此整个基础子对象必须在运行时确定。

假设您正在获取 B & x 引用，并且您的任务是查找 A::a 成员。如果继承是真实的，那么 B 有一个父类(super class) A，因此您通过 x< 查看的 B 对象 有一个 A-子对象，您可以在其中找到您的成员 A::a。如果 x 的最衍生对象有多个 A 类型的基，那么您只能看到作为 B 子对象的特定拷贝.

但是如果继承是虚拟的，那么这一切都没有意义。我们不知道我们需要哪个 A-子对象——这些信息在编译时根本不存在。我们可以像在 B y 中那样处理一个实际的 B 对象； B & x = y;，或使用 C-object，如 C z; B & x = z;，或者完全不同的东西，实际上从 A 派生了很多次。唯一知道的方法是在运行时找到实际的基本 A 。

这可以通过多一层运行时间接来实现。 (请注意，与非虚拟函数相比，这与虚拟 函数 是如何通过额外一层运行时间接实现完全平行的。)一种解决方案不是使用指向 vtable 或基本子对象的指针，而是将指针 存储到指向实际基础子对象的指针。这有时被称为“重击”或“蹦床”。

所以实际的对象 C z; 可能如下所示。内存中的实际排序取决于编译器并且不重要，并且我已经抑制了 vtables。

+-+------++-+------++-----++-----+
|T|  B1  ||T|  B2  ||  C  ||  A  |
+-+------++-+------++-----++-----+
 |         |                 |
 V         V                 ^
 |         |       +-Thunk-+ |
 +--->>----+-->>---|     ->>-+
                   +-------+

因此，无论您有 B1& 还是 B2&，您首先查找 thunk，然后它会告诉您在哪里可以找到实际的基础子对象。这也解释了为什么您不能执行从 A& 到任何派生类型的静态转换:此信息在编译时根本不存在。

如需更深入的解释，请查看 this fine article . (在那个描述中，thunk 是 C 的 vtable 的一部分，并且虚拟继承总是需要维护 vtable，即使任何地方都没有虚拟 函数。)