c++ - vtable:底层算法

Question

我对 vtables 的理解是，如果我有一个带有虚函数 speak() 的类 Cat，它有子类 Lion 和 HouseCat，则有一个 vtable 将 speak() 映射到每个子类的正确实现。于是打个电话

cat.speak()

编译为

cat.vtable[0]()

即在vtable位置0进行一次查找，并调用该位置的函数指针。

我的问题是:多重继承会怎样？

让我们添加一个类 Pet。 Pet 有虚函数 speak() 和 eat()。 HouseCat 扩展了 Pet，而 Lion 没有。现在，我需要确保

pet.eat()

编译为

pet.vtable[1]()

即vtable[0]需要speak()。 Pet.eat 需要位于 slot 1。那是因为 cat.speak() 需要访问 vtable 中的 slot 0，如果对于 HouseCat，slot 0 恰好是 eat，这将是非常错误的。

编译器如何确保 vtable 索引适合在一起？

Answer 1

规范没有设置任何内容，但通常编译器会为每个直接的非虚拟基类生成一个虚表，再加上派生类的虚表——然后是第一个基类的虚表和派生类的虚表类将被合并。

更具体地说，编译器在构造类时生成的内容:

• 猫

  [vptr | Cat fields]
   [0]: speak()
  

• 宠物

  [vptr | Pet fields]
   [0]: eat()
  

• 狮子

  [vptr | Cat fields | Lion fields]
   [0]: speak()
  

• 家猫

  [vptr | Cat fields | vptr | Pet fields | HouseCat fields]
   [0]: speak()        [0]: eat()
  

编译器在调用/转换时生成的内容(变量名是静态类型名):

• cat.speak()
  • obj[0][0]() - 对 Cat、Lion 和 HouseCat 的“Cat”部分有效
• pet.eat()
  • obj[0][0]() - 对 Pet 和 HouseCat 的“Pet”部分有效
• lion.speak()
  • obj[0][0]() - 对 Lion 有效
• houseCat.speak()
  • obj[0][0]() - 对 HouseCat 的“猫”部分有效
• houseCat.eat()
  • obj[Cat size][0]() - 对 HouseCat 的“宠物”部分有效
• (猫)houseCat
  • 对象
• (宠物)houseCat
  • obj + Cat 大小

所以我猜让您感到困惑的关键是 (1) 多个 vtable 是可能的，并且 (2) upcasts 实际上可能返回不同的地址。