c++ - 为什么具有虚函数的类与没有虚函数的类对齐方式不同？

Question

受此启发cppcon talk by Richard Powell我创建了以下代码片段来愚弄:

#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;

struct erdos
{
  void who()
  {
    cout << "erdos" << endl;
  }
  float f1;
  float f2;
};

struct fermat : public erdos
{
  float f3;
};

struct fermat2 : public fermat
{
  float f4;
};

struct fermat3 : public fermat2
{
  float f5;
};

int main(void)
{
  erdos e;
  cout << "sizeof(e)" << sizeof(e) << endl;
  fermat f;
  cout << "sizeof(f)" << sizeof(f) << endl;
  fermat2 f2;
  cout << "sizeof(f2)" << sizeof(f2) << endl;
  fermat3 f3;
  cout << "sizeof(f3)" << sizeof(f3) << endl;
  cout << "sizeof(void*)" << sizeof(void*) << endl;
  cout << "sizeof(float)" << sizeof(float) << endl;
  return 0;
}

这将打印:

sizeof(e)8
sizeof(f)12
sizeof(f2)16
sizeof(f3)20
sizeof(void*)8
sizeof(float)4

将 virtual 添加到 who() 后，我明白了

sizeof(e)16
sizeof(f)24
sizeof(f2)24
sizeof(f3)32
sizeof(void*)8
sizeof(float)4

现在，将 void* 的大小添加到结构中很简单，但为什么在虚拟情况下而不是在非虚拟情况下会有这种填充(Richard 在他的演讲中也提到了这一点)案例？

sizeof(e)16 - 8 = 8 
sizeof(f)24 - 8 = 16 but is in fact 12 (padding 4)
sizeof(f2)24 - 8 = 16 matches
sizeof(f3)32 - 8 = 24 but is in fact 20 (padding 4)

我已经在 Ubuntu 14.04 64 位上使用 gcc 5.3.0 和 clang 3.7.1 对其进行了测试

Answer 1

sizeof(void*)8

好吧，这就是你的答案。

假设您的实现只需要一个指针来处理虚拟查找，这就是对齐的原因。在 64 位编译中，指针需要 64 位空间(这就是我们称其为“64 位”的原因)。但它也需要 64 位对齐。

因此，任何在 64 位编译中存储指针的数据结构也必须是 64 位对齐的。对象的对齐必须是 8 字节对齐的，并且大小必须填充到 8 字节(出于数组索引的原因)。如果您将其中一个 float 成员设为指针，您会看到同样的结果。