c++ - 用于多个虚拟继承和类型转换的虚拟表和虚拟指针

Question

我对vptr和内存中对象的表示不太困惑，希望您能帮助我更好地理解问题。

考虑到B继承自A，并且都定义了虚函数f()。从我学到的知识，B类对象在内存中的表示形式如下:[ vptr | A | B ]以及vtbl指向的vptr包含B::f()。我还理解，将对象从B转换为A除了忽略对象末尾的B部分外，什么都没有做。是真的吗这不是错误的行为吗？我们希望A类型的对象执行A::f()方法，而不是B::f()。

系统中是否存在与类数相同的vtables？

从两个或多个类继承的类的vtable看起来如何？ C的对象将如何在内存中表示？

与问题3相同，但具有虚拟继承。

Answer 1

以下内容适用于GCC(似乎适用于LLVM link)，但也适用于您使用的编译器。所有这些都是与实现相关的，并且不受C++标准的约束。但是，GCC编写了自己的二进制标准文档Itanium ABI。

我试图解释基本概念的概念，这些概念如何将虚拟表作为article about virtual function performance in C++的一部分以更简单的方式进行布局，您可能会发现它有用。以下是您的问题的答案:

描述对象内部表示的更正确方法是:

| vptr | ======= | ======= |  <-- your object
       |----A----|         |
       |---------B---------|

B包含其基类A，它在结束后仅添加了几个自己的成员。

从B*转换为A*确实没有任何作用，它返回相同的指针，并且vptr保持不变。简而言之，虚拟函数并不总是通过vtable 调用。有时，它们与其他函数一样被调用。

这是更详细的说明。您应该区分两种调用成员函数的方式:

A a, *aptr;
a.func();         // the call to A::func() is precompiled!
aptr->A::func();  // ditto
aptr->func();     // calls virtual function through vtable.
                  // It may be a call to A::func() or B::func().

事实是，在编译时就知道如何调用该函数:通过vtable还是只是通常的调用。事情是在转换时知道类型转换表达式的类型，因此编译器在编译时选择了正确的函数。

B b, *bptr;          
static_cast<A>(b)::func(); //calls A::func, because the type
   // of static_cast<A>(b) is A!

在这种情况下，它甚至不在vtable内部!

通常，不会。如果一个类继承自多个基础，每个基础都有自己的vtable，则该类可以具有多个vtable。这种虚拟表集形成一个“虚拟表组”(请参阅​​第3页)。

类还需要一组构造vtable，以在构造复杂对象的基础时正确分配虚拟函数。您可以在the standard I linked中进一步阅读。

这是一个示例。假设C继承自A和B，每个类定义virtual void func()，以及与名称相关的a，b或c虚拟函数。
C将具有两个vtable的一个vtable组。它将与A共享一个vtable(当前类自身的函数所在的vtable称为“主要” vtable)，并将为B附加一个vtable:

| C::func()   |   a()  |  c()  || C::func()  |   b()   |
|---- vtable for A ----|        |---- vtable for B ----| 
|--- "primary virtual table" --||- "secondary vtable" -|
|-------------- virtual table group for C -------------|

内存中对象的表示形式几乎与其vtable的外观相同。只需在组中的每个vtable之前添加vptr，您就可以粗略估计数据在对象内部的布局方式。您可以在GCC二进制标准的relevant section中阅读有关它的信息。

虚拟基础(其中一些基础)布置在vtable组的末尾。这样做是因为每个类都应该只有一个虚拟基数，并且如果将它们与“常用” vtable混合在一起，则编译器将无法重新使用构造的vtable的一部分来制作派生类。这将导致计算不必要的偏移并降低性能。

由于这样的放置，虚拟基数还会在其vtable中引入其他元素:vcall offset(从最终对象的指针跳转到完整对象内的虚拟基数到覆盖虚拟函数的类的开头时，获取最终覆盖程序的地址)定义在那里的每个虚函数。每个虚拟库还添加vbase偏移量，这些偏移量将插入派生类的vtable中；它们允许找到虚拟基础数据的起始位置(由于实际地址取决于层次结构，因此无法对其进行预编译:虚拟基础位于对象的末尾，并且从起始位置的偏移量取决于多少个非虚拟对象当前类继承的类。)。

Woof，我希望我不会引入太多不必要的复杂性。无论如何，您可以引用原始标准，也可以引用自己的编译器的任何文档。