C++继承、虚继承、虚函数类的大小问题
2015-12-31 13:44
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一、真空类
长度:1
内存结构:
评注:长度其实为0,这个字节作为内容没有意义,可能每次都不一样。
二、空类
长度:1
内存结构:
评注:同真空类差不多,内部的成员函数并不会影响类大小。
三、简单类
长度:4
内存结构:
评注:成员数据才影响类大小。
四、简单继承
长度:8
内存结构:
评注:子类成员接在父类成员之后。
五、再继承
长度:12
内存结构:长度:12
评注:孙类成员接在子类之后,再再继承就依此类推了。
六、多重继承
长度:16
内存结构:
评注:也是父类成员先出现在前边,我想这都足够好理解。
七、复杂一些的继承
不写代码了,怕读者看了眼花,改画图。
长度:32
内存结构:
评注:还是把自己的成员放在最后。
只要没涉及到“虚”(Virtual),我想没什么难点,不巧的是“虚”正是我们要研究的内容。
八、趁热打铁,看“虚继承”
长度:12
内存结构:
评注:virtual让长度增加了4,其实是多了一个指针,关于这个指针,确实有些复杂,别的文章有具体分析,这里就不岔开具体讲了,可认为它指向一个关于虚基类偏移量的数组,偏移量是关于虚基类数据成员的偏移量。
九、“闭合”虚继承,看看效果
长度:24
内存结构:
评注:和预料中的一样,虚基类的成员m_iA只出现了一次,而且是在最后边。当然了,更复杂的情况要比这个难分析得多,但虚继承不是我们研究的重点,我们只需要知道:虚继承利用一个“虚基类偏移量表指针”来使得虚基类即使被重复继承也只会出现一次。
十、看一下关于static成员
长度:1
内存结构:(同CNull2)
评注:可见static成员不会占用类的大小,static成员的存在区域为静态区,可认为它们是“全局”的,只是不提供全局的访问而已,这跟C的static其实没什么区别。
十一、带一个虚函数的空类
长度:4
内存结构:
评注:带虚函数的类长度就增加了4,这个4其实就是个指针,指向虚函数表的指针,上面这个例子中虚表只有一个函数指针,值就是“0x00401041”,指向的这个地址就是函数的入口了。
十二、继承带虚函数的类
长度:8
内存结构:
评注:由于父类带了虚函数,子类就算没有显式声明虚函数,虚表还是存在的,虚表存放的位置跟父类不同,但内容是同的,也就是对父类虚表的复制。
十三、子类有新的虚函数
长度:8
内存结构:
评注:虚表还是只有一张,不会因为增加了新的虚函数而多出另一张来,新的虚函数的指针将添加在复制了的虚表的后面。
十四、当纯虚函数(pure function)出现时
长度:sizeof(CPureVirtual)= 4
sizeof(CDerivePV) = 4
内存结构:
评注:带纯虚函数的类不可实例化,因此列不出其“内存结构”,由其派生类实现纯虚函数。我们可以看到CDerivePV虽然没有virtual声明,但由于其父类带virtual,所以还是继承了虚表,如果CDerivePV有子类,还是这个道理。
十五、虚函数类的多重继承
前面提到:(子类的虚表)不会因为增加了新的虚函数而多出另一张来,但如果有多重继承的话情况就不是这样了。下例中你将看到两张虚表。
大小:24
内存结构:
评注:子类的虚函数接在第一个基类的虚函数表的后面,所以B接在A后面,Complex接在B后面。基类依次出现,子类成员接在最后面,所以m_iComplex位于最后面。注意虚表与续表指针的区别。
十六、包含虚函数类的虚继承
输出的结果:
评注:
对于VirtualInheritance类,大小为8, 没有异议,他有个虚表指针vtp_VirtualInheritanc;
对于sonClass1类:
在visio studio 编译器下,大小为20。
由于是虚拟继承,
有自己的虚函数,所以先拥有一个自己的虚函数指针vpt_sonClass1,大小为4,指向自己的虚表;
还要有一个char[3],大小为4;
为了实现虚拟继承,首先sonClass1加入了一个指向其父类的虚类指针,记作vtp_sonClass1_VirtualInheritanc,大小为4;
然后在加上父类的所有大小8,所以总共是20字节。
在gcc编译器下,大小为16,没有计算子类中指向父类的虚类指针vtp_sonClass1_VirtualInheritanc的大小。
对于sonClass2:
在visio studio环境下,大小为32。
和上面一样,子类拥有char[3],大小为4字节,
因为是虚继承,还有自己的虚函数,所以拥有自己的一个虚表指针,vtp_sonClass2,大小为4字节。
然后还有一个指向父类的虚类指针vtp_sonClass2_sonClass1,大小为4。
最后加上其父类的总大小20,所以总的大小为4+4+4+20=32;
在gcc环境下,没有计算虚类指针的大小,即4+4+16=24。
17、包含虚函数的多重普通、虚拟混合继承
输出的结果:
评注:
在在visio studio环境下此时sonClass2的大小变成36。
和16不同的是,此时sonClass2是多重继承,其中一个是虚继承,一个普通继承,他的大小在visio studio中变成36,相比16增加了4,这刚好是char l[3]的大小,因为sonClass2中已经有了一个虚表,所以在他原有的虚表中多一条记录即可。
在gcc环境下,没有计算虚类指针的大小,即4+4+4+16=28。
18、包含虚函数的多重虚拟继承
输出的结果:
评注:
此时sonClass2的大小变成40。与17不同的是,sonClass2的多重继承都是虚拟继承。sonClass2的大小由以下几部分构成:
1.自己本身的大小,char[3] 大小为4,一个虚函数,所以有个指向虚表的指针,大小为4,所以自身大小总的为8;
2.虚拟继承sonClass1,因为虚拟继承所以有个虚类指针ptr_sonClass2_sonClass1,大小为4,而sonClass1的大小为20,所以虚拟继承sonClass1的大小为24;
3.虚拟继承VirtualInheritance2,一个虚类指针ptr_sonClass2_VirtualInheritance2=ptr_sonClass2_sonClass1+偏移量,该指针和ptr_sonClass2_sonClass1公用一个指针,只是偏移量不同,所以大小为0(即使再多继承几个virtual class,这个指针的大小只算 一次),而VirtualInheritance2的大小为8,所以总的大小为8。
所以40=8+24+8
总结:
1,普通单继承,只需将自身成员变量的大小加上父类大小(父类中 有虚函数,子类中不管有没有)若父类没有虚函数,则子类大小需要加上指向虚表的指针大小。
2,普通多继承,若几个父类都有虚表,则子类与第一个父类公用一个虚表指针,其他有几个有虚函数的父类则就有几个虚表指针。
3,虚拟单继承,此时若子类有虚函数则加上一个自身的虚表指针的大小,(若没有则不加)再加上自身的成员变量大小,还要加上一个虚类指针ptr_sonclass_fatherclass,最后加上父类的大小。
4,多重虚拟继承,此时若子类有虚函数则加上一个自身的虚表指针的大小,(若没有则不加)再加上自身的成员变量大小,还要加上 一个公用的虚类指针(不管有几个虚拟父类,只加一个),在加上所有父类的大小。
5、普通、虚拟混合多继承,此时子类的大小为自身大小(若子类或普通父类有虚函数,则为成员变量+虚表指针大小;若都没虚函数,则就为成员变量大小),加上一个虚类指针大小,在加上虚拟父类的大小,在加上普通父类的大小(除虚表指针,因为它和子类公用一个虚表指针)。
class CNull{};
长度:1
内存结构:
??
评注:长度其实为0,这个字节作为内容没有意义,可能每次都不一样。
二、空类
class CNull2{
public:
CNull2(){
printf("Construct\n");
}
~CNull2(){
printf("Desctruct\n");
}
void Foo(){
printf("Foo\n");
}
};
长度:1
内存结构:
??
评注:同真空类差不多,内部的成员函数并不会影响类大小。
三、简单类
class COneMember{
public:
COneMember(int iValue = 0){m_iOne = iValue;};
private:
int m_iOne;
};
长度:4
内存结构:
00 00 00 00 //m_iOne
评注:成员数据才影响类大小。
四、简单继承
class CTwoMember:public COneMember{
private:
int m_iTwo;
};
长度:8
内存结构:
00 00 00 00 //m_iOne
CC CC CC CC //m_iTwo
评注:子类成员接在父类成员之后。
五、再继承
class CThreemember:public CTwoMember{
public:
CThreemember(int iValue=10) {m_iThree = iValue;};
private:
int m_iThree;
};
长度:12
内存结构:长度:12
00 00 00 00 //m_iOne
CC CC CC CC //m_iTwo
0A 00 00 00 //m_iThree
评注:孙类成员接在子类之后,再再继承就依此类推了。
六、多重继承
class ClassA{
public:
ClassA(int iValue=1){m_iA = iValue;};
private:
int m_iA;
};
class ClassB{
public:
ClassB(int iValue=2){m_iB = iValue;};
private:
int m_iB;
};
class ClassC{
public:
ClassC(int iValue=3){m_iC = iValue;};
private:
int m_iC;
};
class CComplex :public ClassA, public ClassB, public ClassC{
public:
CComplex(int iValue=4){m_iComplex = iValue;};
private:
int m_iComplex;
};
长度:16
内存结构:
01 00 00 00 //A
02 00 00 00 //B
03 00 00 00 //C
04 00 00 00 //Complex
评注:也是父类成员先出现在前边,我想这都足够好理解。
七、复杂一些的继承
不写代码了,怕读者看了眼花,改画图。
长度:32
内存结构:
01 00 00 00 //A
02 00 00 00 //B
03 00 00 00 //C
04 00 00 00 //Complex
00 00 00 00 //OneMember
CC CC CC CC //TwoMember
0A 00 00 00 //ThreeMember
05 00 00 00 //VeryComplex
评注:还是把自己的成员放在最后。
只要没涉及到“虚”(Virtual),我想没什么难点,不巧的是“虚”正是我们要研究的内容。
八、趁热打铁,看“虚继承”
class CTwoMember:virtual public COneMember{
private:
int m_iTwo;
};
长度:12
内存结构:
E8 2F 42 00 //指针,指向一个关于偏移量的数组,且称之虚基类偏移量表指针
CC CC CC CC // m_iTwo
00 00 00 00 // m_iOne(虚基类数据成员)
评注:virtual让长度增加了4,其实是多了一个指针,关于这个指针,确实有些复杂,别的文章有具体分析,这里就不岔开具体讲了,可认为它指向一个关于虚基类偏移量的数组,偏移量是关于虚基类数据成员的偏移量。
九、“闭合”虚继承,看看效果
长度:24
内存结构:
14 30 42 00 //ClassB的虚基类偏移量表指针
02 00 00 00 //m_iB
C4 2F 42 00 //ClassC的虚基类偏移量表指针
03 00 00 00 //m_iC
04 00 00 00 //m_iComplex
01 00 00 00 //m_iA
评注:和预料中的一样,虚基类的成员m_iA只出现了一次,而且是在最后边。当然了,更复杂的情况要比这个难分析得多,但虚继承不是我们研究的重点,我们只需要知道:虚继承利用一个“虚基类偏移量表指针”来使得虚基类即使被重复继承也只会出现一次。
十、看一下关于static成员
class CStaticNull{
public:
CStaticNull(){
printf("Construct\n");
}
~CStaticNull(){
printf("Desctruct\n");
}
static void Foo(){
printf("Foo/n");
}
static int m_iValue;
};
长度:1
内存结构:(同CNull2)
评注:可见static成员不会占用类的大小,static成员的存在区域为静态区,可认为它们是“全局”的,只是不提供全局的访问而已,这跟C的static其实没什么区别。
十一、带一个虚函数的空类
class CVirtualNull{
public:
CVirtualNull(){
printf("Construct\n");
}
~CVirtualNull(){
printf("Desctruct\n");
}
virtual void Foo(){
printf("Foo\n");
}
};
长度:4
内存结构:
0042503C:(虚表) 41 10 40 00 //指向虚函数Foo的指针
评注:带虚函数的类长度就增加了4,这个4其实就是个指针,指向虚函数表的指针,上面这个例子中虚表只有一个函数指针,值就是“0x00401041”,指向的这个地址就是函数的入口了。
十二、继承带虚函数的类
class CVirtualDerived : public CVirtualNull{
public:
CVirtualDerived(){m_iVD=0xFF;};
~CVirtualDerived(){};
private:
int m_iVD;
};
长度:8
内存结构:
3C 50 42 00 //虚表指针FF 00 00 00 //m_iVD
0042503C:(虚表)23 10 40 00 //指向虚函数Foo的指针,如果这时候创建一个CVirtualNull对象,会发现它的虚表的内容跟这个一样
评注:由于父类带了虚函数,子类就算没有显式声明虚函数,虚表还是存在的,虚表存放的位置跟父类不同,但内容是同的,也就是对父类虚表的复制。
十三、子类有新的虚函数
class CVirtualDerived: public CVirtualNull{
public:
CVirtualDerived(){m_iVD=0xFF;};
~CVirtualDerived(){};
virtual void Foo2(){
printf("Foo2\n");
};
private:
int m_iVD;
};
长度:8
内存结构:
24 61 42 00 //虚表指针FF 00 00 00 //m_iVD
00426124:(虚表)23 10 40 0050 10 40 00
评注:虚表还是只有一张,不会因为增加了新的虚函数而多出另一张来,新的虚函数的指针将添加在复制了的虚表的后面。
十四、当纯虚函数(pure function)出现时
class CPureVirtual{
virtual void Foo() = 0;
};
class CDerivePV : public CPureVirtual{
void Foo(){
printf("vd: Foo/n");
};
};
长度:sizeof(CPureVirtual)= 4
sizeof(CDerivePV) = 4
内存结构:
CPureVirtual:(不可实例化)
CDerivePV:
28 50 42 00 //虚表指针
00425028:(虚表)5A 10 40 00 //指向Foo的函数指针
评注:带纯虚函数的类不可实例化,因此列不出其“内存结构”,由其派生类实现纯虚函数。我们可以看到CDerivePV虽然没有virtual声明,但由于其父类带virtual,所以还是继承了虚表,如果CDerivePV有子类,还是这个道理。
十五、虚函数类的多重继承
前面提到:(子类的虚表)不会因为增加了新的虚函数而多出另一张来,但如果有多重继承的话情况就不是这样了。下例中你将看到两张虚表。
大小:24
内存结构:
F8 50 42 00 //虚表指针 =》4*2
01 00 00 00 //m_iA
02 00 00 00 //m_iB
E8 50 42 00 //虚表指针=》4*2
03 00 00 00 //m_iC
04 00 00 00 //m_iComplex
004250F8:(虚表)=》4*1
5A 10 40 00 //Foo
55 10 40 00 //FooB
64 10 40 00 //FooComplex
004250E8:(虚表)=》4*1
5F 10 40 00 //FooC
总:4*2+4*2+4+4=24
评注:子类的虚函数接在第一个基类的虚函数表的后面,所以B接在A后面,Complex接在B后面。基类依次出现,子类成员接在最后面,所以m_iComplex位于最后面。注意虚表与续表指针的区别。
十六、包含虚函数类的虚继承
class VirtualInheritance{
char k[3];
public:
virtual void aa(){};
};
class sonClass1: public virtual VirtualInheritance{
char j[3];
public:
virtual void bb(){};
};
class sonClass2: public virtual sonClass1
{
char f[3];
public:
virtual void cc(){};
};
int main()
{
cout << "sizeof(VirtualInheritance):" << sizeof(VirtualInheritance) << endl;
cout << "sizeof(sonClass1):" << sizeof(sonClass1) << endl;
cout << "sizeof(sonClass2):" << sizeof(sonClass2) << endl;
return 0;
}
输出的结果:
visio studio: 8,20,32
gcc: 8,16,24
评注:
对于VirtualInheritance类,大小为8, 没有异议,他有个虚表指针vtp_VirtualInheritanc;
对于sonClass1类:
在visio studio 编译器下,大小为20。
由于是虚拟继承,
有自己的虚函数,所以先拥有一个自己的虚函数指针vpt_sonClass1,大小为4,指向自己的虚表;
还要有一个char[3],大小为4;
为了实现虚拟继承,首先sonClass1加入了一个指向其父类的虚类指针,记作vtp_sonClass1_VirtualInheritanc,大小为4;
然后在加上父类的所有大小8,所以总共是20字节。
在gcc编译器下,大小为16,没有计算子类中指向父类的虚类指针vtp_sonClass1_VirtualInheritanc的大小。
对于sonClass2:
在visio studio环境下,大小为32。
和上面一样,子类拥有char[3],大小为4字节,
因为是虚继承,还有自己的虚函数,所以拥有自己的一个虚表指针,vtp_sonClass2,大小为4字节。
然后还有一个指向父类的虚类指针vtp_sonClass2_sonClass1,大小为4。
最后加上其父类的总大小20,所以总的大小为4+4+4+20=32;
在gcc环境下,没有计算虚类指针的大小,即4+4+16=24。
17、包含虚函数的多重普通、虚拟混合继承
class VirtualInheritance
{
char k[3];
public:
virtual void aa(){};
};
class sonClass1: public virtual VirtualInheritance
{
char j[3];
public:
virtual void bb(){};
};
class VirtualInheritance2
{
char l[3];
public:
virtual void dd(){};
};
class sonClass2: public virtual sonClass1,public VirtualInheritance2{
char f[3];
public:
virtual void cc(){};
};
int main()
{
cout << "sizeof(VirtualInheritance):" << sizeof(VirtualInheritance) << endl;
cout << "sizeof(sonClass1):" << sizeof(sonClass1) << endl;
cout << "sizeof(sonClass2):" << sizeof(sonClass2) << endl;
return 0;
}
输出的结果:
visio studio: 8,20,36
gcc: 8,16,28
评注:
在在visio studio环境下此时sonClass2的大小变成36。
和16不同的是,此时sonClass2是多重继承,其中一个是虚继承,一个普通继承,他的大小在visio studio中变成36,相比16增加了4,这刚好是char l[3]的大小,因为sonClass2中已经有了一个虚表,所以在他原有的虚表中多一条记录即可。
在gcc环境下,没有计算虚类指针的大小,即4+4+4+16=28。
18、包含虚函数的多重虚拟继承
class VirtualInheritance{
char k[3];
public:
virtual void aa(){};
};
class sonClass1: public virtual VirtualInheritance{
char j[3];
public:
virtual void bb(){};
};
class VirtualInheritance2{
char l[3];
public:
virtual void dd(){};
};
class sonClass2: public virtual sonClass1,public virtual VirtualInheritance2{
char f[3];
public:
virtual void cc(){};
};
int main()
{
cout << "sizeof(VirtualInheritance):" << sizeof(VirtualInheritance) << endl;
cout << "sizeof(sonClass1):" << sizeof(sonClass1) << endl;
cout << "sizeof(sonClass2):" << sizeof(sonClass2) << endl;
return 0;
}
输出的结果:
visio studio: 8,20,40
gcc: 8,16,32
评注:
此时sonClass2的大小变成40。与17不同的是,sonClass2的多重继承都是虚拟继承。sonClass2的大小由以下几部分构成:
1.自己本身的大小,char[3] 大小为4,一个虚函数,所以有个指向虚表的指针,大小为4,所以自身大小总的为8;
2.虚拟继承sonClass1,因为虚拟继承所以有个虚类指针ptr_sonClass2_sonClass1,大小为4,而sonClass1的大小为20,所以虚拟继承sonClass1的大小为24;
3.虚拟继承VirtualInheritance2,一个虚类指针ptr_sonClass2_VirtualInheritance2=ptr_sonClass2_sonClass1+偏移量,该指针和ptr_sonClass2_sonClass1公用一个指针,只是偏移量不同,所以大小为0(即使再多继承几个virtual class,这个指针的大小只算 一次),而VirtualInheritance2的大小为8,所以总的大小为8。
所以40=8+24+8
总结:
1,普通单继承,只需将自身成员变量的大小加上父类大小(父类中 有虚函数,子类中不管有没有)若父类没有虚函数,则子类大小需要加上指向虚表的指针大小。
2,普通多继承,若几个父类都有虚表,则子类与第一个父类公用一个虚表指针,其他有几个有虚函数的父类则就有几个虚表指针。
3,虚拟单继承,此时若子类有虚函数则加上一个自身的虚表指针的大小,(若没有则不加)再加上自身的成员变量大小,还要加上一个虚类指针ptr_sonclass_fatherclass,最后加上父类的大小。
4,多重虚拟继承,此时若子类有虚函数则加上一个自身的虚表指针的大小,(若没有则不加)再加上自身的成员变量大小,还要加上 一个公用的虚类指针(不管有几个虚拟父类,只加一个),在加上所有父类的大小。
5、普通、虚拟混合多继承,此时子类的大小为自身大小(若子类或普通父类有虚函数,则为成员变量+虚表指针大小;若都没虚函数,则就为成员变量大小),加上一个虚类指针大小,在加上虚拟父类的大小,在加上普通父类的大小(除虚表指针,因为它和子类公用一个虚表指针)。
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