C++虚继承下的类大小

前言

带有虚函数的虚继承的对象模型比较复杂，所以单独整理一下。其实关于计算类大小是C++的一大易错点之一。即便是我在这儿理了半天，也不一定就是正确的，如果大佬看到本文，发现我很多错误而又肯评论赐教的话，感激不尽。

不多说了（讨厌C++的原因更多了）

此文可以配合《C++中#pragma pack(N)计算sizeof》一起看。

以下讨论在64位环境的前提下进行；

1.带有虚函数的类

class A
{
public:
    int a_;
    virtual void foo1() { cout << "A1" << endl; }
    virtual void foo2() { cout << "A2" << endl; }
    virtual void foo3() { cout << "A3" << endl; }
};

对于这种情况，当然是8字节的虚函数表指针+4字节的int类型大小，默认对齐系数下对齐后的大小为16；（对齐系数可以通前文说的修改#pragma pack(k)中的k值来改变）

2.普通地继承带有虚函数的父类

class B:public A
{
public:
	int b_;
	virtual void foo1() override { cout << "B1" << endl; }
	virtual void foo4() { cout << "B2" << endl; }
	virtual void foo3() override { cout << "B3" << endl; }
};

在这种情况下，子类与父类公用虚函数表和虚函数表指针，子类override的函数直接覆盖父类虚函数表中同名函数的位置，子类当中多出的函数放在虚函数表的最后，该类的大小为：虚指针8+父int4+子int4，默认对齐系数下对齐后得到结果为16；

3.虚继承下非完全覆盖父类的虚函数

class BB:virtual public A
{
public:
	int bb_;
	virtual void foo1() { cout << "BB1" << endl; }
	virtual void foo4() { cout << "BB2" << endl; }
	virtual void foo3() { cout << "BB3" << endl; }
};

在虚继承的情况下，子类当中会有一个虚基类表指针，指向虚基类表，非完全覆盖下，子类会有自己的虚函数表指针，所以该类的大小为：BB虚函数表指针8+虚基类指针8+BB的int变量4+偏移4+A的虚函数表指针8+A的int变量4+偏移4，默认对齐系数下对齐后大小为40；（在C++对象模型中，虚继承而来的派生类会生成一个隐藏的虚基类指针（vbptr），在Microsoft Visual C++中，虚基类表指针总是在虚函数表指针之后）

4.虚继承下完全覆盖父类的虚函数

class C:virtual public A
{
public:
	int c_;
	virtual void foo1() { cout << "C1" << endl; }
	virtual void foo2() { cout << "C2" << endl; }
	virtual void foo3() { cout << "C3" << endl; }
};

在完全覆盖的情况下，子类不再拥有自己的虚函数表指针，所以和情况3相比，该类只是少了一个虚函数指针，于是大小为40-8=32；

5.虚继承下的菱形问题

class Ori
{
public:
	int a;
	virtual void foo1() { cout << "Ori" << endl; }
};
class V1:virtual public Ori
{
public:
	int v1;
	virtual void foo2() { cout << "V1" << endl; }
};
class V2 :virtual public Ori
{
public:
	int v2;
	virtual void foo3() { cout << "V2" << endl; }
};
class V3 :public V1, public V2
{
public:
	int v3;
	virtual void foo4() { cout << "V3" << endl; }
};

这里需要先说，内存布局的时候，依次是左一、左二...，也就是先V1，再V2，再是虚爷爷Ori。

类Ori的大小为16，类V1和V2都是40，对于类V3，因为虚继承机制，类Ori在V3中只有一个副本，尽管他从V1和V2间接继承了两次，所以V3的大小为：（V1虚函数表指针8+虚基类指针8+V1的int变量4）+（V2虚函数表指针8+虚基类指针8+V2的int变量4）+（V3的int变量4+偏移量4）+（A的虚函数表指针8+A的int变量4+偏移量4），默认对齐系数下对齐后为64，函数foo4被加到类V1的虚函数表的最后，跟普通继承差不多；

6.多重虚继承下类的大小

class A
{
public:
	int a_;
	virtual void foo1() { cout << "A1" << endl; }
	virtual void foo2() { cout << "A2" << endl; }
	virtual void foo3() { cout << "A3" << endl; }
};//16
class B:virtual public A
{
public:
	int b_;
	virtual void foo1() { cout << "B1" << endl; }
	virtual void foo4() { cout << "B2" << endl; }
	virtual void foo3() { cout << "B3" << endl; }
};//40
class A2
{
public:
	int a2_;
	virtual void foo1() { cout << "A21" << endl; }
	virtual void foo2() { cout << "A22" << endl; }
	virtual void foo3() { cout << "A23" << endl; }
};//16
class C:public A2
{
public:
	int c_;
	virtual void foo1() { cout << "C1" << endl; }
	virtual void foo2() { cout << "C2" << endl; }
	virtual void foo3() { cout << "C3" << endl; }
};//16
class D :virtual public B,virtual public C
{
public:
	virtual void foo1() { cout << "D1" << endl; }
	virtual void foo2() { cout << "D12" << endl; }
	virtual void foo3() { cout << "D13" << endl; }
	virtual void foo10() { cout << "D13" << endl; }
};

由上面的规则，我们可以知道，类A的大小为16，类B的大小为40，类A2的大小为16，类C的大小为16，对于类D，由于foo10在前面的虚函数表当中都找不到，所以类D自己有一个虚函数表指针，当发生多重虚继承时，和多个虚函数一样，虚基类指针只有一个，编译器会通过偏移量去访问不同的虚基类，所以类D也只有一个虚基类指针，因此D的大小为：D虚函数表指针8+虚基类指针8+B的大小+C的大小 = 72；

7.多重继承下类的大小

class E :public B, public C
{
public:
	virtual void foo1() { cout << "D1" << endl; }
	virtual void foo2() { cout << "D12" << endl; }
	virtual void foo3() { cout << "D13" << endl; }
	virtual void foo10() { cout << "D13" << endl; }
};

相比于情况6，普通的多重继承少了一个虚基类表指针和一个虚函数表指针，虚函数表会多重继承的第一个父类公用，覆盖的就直接覆盖，多出的就加到虚函数表最后，所以大小上为：（B虚函数表指针8+虚基类指针8+B的int变量4）+（C虚函数表指针8+C的int变量4）+（A的虚函数表指针8+A的int变量4+偏移量4）= 48

我看有的文章，直接继承是把父类的大小加子类的变量。我感觉应该不是这样吧，直接继承的时候，父类的偏移量应该不算吧。具体我也不知道，先记录到这里，后面我去看看内存布局。