虚继承中派生类的大小

size of derived class in virtual inheritance

本文关键字：派生 继承      更新时间：2023-10-16
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
using namespace std;
class ClassA
{
    protected:
       int width, height;
    public:
       void set_values(int x, int y)
       {
         width = x;
         height = y;
       }
};
class ClassB : virtual public ClassA
{
   //12(int + int + vptr)
};
class ClassC : virtual public ClassA
{
  //12(int + int + vptr)
};
class ClassD : public ClassB, public ClassC
{
};
int main()
{
  ClassA A;
  ClassB B;
  ClassC C;
  ClassD D;
  cout << "size = " << sizeof(A) << endl;
  cout << "size = " << sizeof(B) << endl;
  cout << "size = " << sizeof(C) << endl;
  cout << "size = " << sizeof(D) << endl;
  return 0;
}

我得到的输出是:

size of ClassA = 8
size of ClassB = 12
size of ClassC = 12
size of ClassD = 16

在上面的代码中，为什么ClassD的输出是16。请给我解释清楚这个虚拟继承是如何工作的。

虚继承意味着虚基类只存在一次而不是多次。这就是为什么ClassA中的8个字节只在ClassD中出现一次。虚拟继承本身需要一定的开销，因此您会得到一个额外的指针。c++标准并没有规定具体的实现，因此具体的开销可能会根据您正在创建的层次结构而变化。

当ClassD继承ClassB和ClassC时，将会有两个vptrs(一个来自B，一个来自C)。这种确切的情况在Scott Meyers的"更有效的c++"第24项(各种语言特性的代价)中有描述。

虚拟基类实现

虚基类与虚函数完全相同:它们的地址(或相对地址，又称偏移量)在编译时是未知的:

void f(ClassB *pb) {
    ClassA *pa = pb;
}

这里编译器必须计算ClassA基子对象与ClassB子对象(或大部分派生对象)的偏移量。有些编译器只是在ClassB内部有一个指向它的指针;其他使用虚函数表，就像虚函数一样。

在这两种情况下，ClassB的开销都是一个指针。

ClassC是类似的，但是vptr将指向ClassC虚表，而不是ClassB虚表。

因此，ClassD对象将包含(这不是一个有序列表):

  • 单个ClassA子对象
  • a ClassB subject
  • a ClassC subject

所以ClassD有两个继承的vptr:来自ClassB和ClassC。在ClassD对象中，两个vptr都指向某个 ClassD虚表，但指向同一个ClassD虚表:

  • a ClassB主题指向ClassB-in-ClassD虚表，表示ClassA基与ClassB基
    • 的相对位置。
  • a ClassC主题指向ClassC-in-ClassD虚表，表示ClassA碱基与ClassC碱基的相对位置

可能的优化

我想你的问题是:我们需要两个不同的vptr吗?

从技术上讲，有时可以通过覆盖基类子对象来优化类的大小。这是技术上可行的情况之一:

重叠(或统一)意味着ClassB和ClassC将共享同一个vptr:给定d一个ClassD的实例:&d.ClassB::vptr == &d.ClassC::vptr不等于d.ClassB::vptr == d.ClassC::vptr，但d.ClassB::vptr == &ClassC_in_ClassD_vtable和d.ClassC::vptr == &ClassC_in_ClassD_vtable，所以ClassB_in_ClassD_vtable必须与ClassC_in_ClassD_vtable统一。在本例中，ClassB_in_ClassD_vtable和ClassC_in_ClassD_vtable只用于描述ClassA子对象的偏移量;如果ClassB和ClassC子对象在ClassD中是统一的，那么这些偏移量也是统一的，因此统一虚表是可能的。

注意，这只可能在这里，因为有完美的相似性。如果对ClassB和ClassC进行修改，在它们各自中添加一个虚函数，比如这些虚函数不相等(因此不统一)，那么虚函数表就不可能统一。

结论

这种优化只在像这样的非常简单的情况下才有可能。这些情况并不是典型的c++编程:人们通常将虚拟基类与虚拟函数结合使用。空基类优化很有用，因为许多c++习惯用法使用没有数据成员或虚函数的基类。OTOH，一个很小的(一个vptr)空间优化，用于虚拟基类的特殊用途，似乎对现实世界的程序没有用处。

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