Visual C++ 8.0對象布局的奧秘：虛函數、多繼承、虛擬繼承

哈哈，從M$ Visual C++ Team的Andy Rich那里又偷學到一招：VC8的隱含編譯項/d1reportSingleClassLayout和/d1reportAllClassLayout 。看個復雜的例子吧(如下)，現在假設我們想知道Derived類的對象布局，怎么辦? 在Project Properties->C++->Command Line->Additional Options里面加上/d1reportSingleClassLayoutDerived吧！

class CommonBase
{
    int co;
};

class Base1: virtual public CommonBase
{
public:
    virtual void print1() {}
    virtual void print2() {}
private:
    int b1;
};

class Base2: virtual public CommonBase
{
public:
    virtual void dump1() {}
    virtual void dump2() {}
private:
    int b2;
};

class Derived: public Base1, public Base2
{
public:
    void print2() {}
    void dump2() {}
private:
    int d;
};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    return 0;
}

F5編譯之，你會驚奇地發現，Output里面有如下字樣：

 1 class Derived size(32):
 2    +---
 3    | +--- (base class Base1)
 4  0 | | {vfptr}
 5  4 | | {vbptr}
 6  8 | | b1
 7    | +---
 8    | +--- (base class Base2)
 9 12 | | {vfptr}
10 16 | | {vbptr}
11 20 | | b2
12    | +---
13 24 | d
14    +---
15    +--- (virtual base CommonBase)
16 28 | co
17    +---
18 
19 Derived::$vftable@Base1@:
20  0 | &Base1::print1
21  1 | &Derived::print2
22 
23 Derived::$vftable@Base2@:
24  0 | &Base2::dump1
25  1 | &Derived::dump2
26 
27 Derived::$vbtable@Base1@:
28  0 | -4
29  1 | 24 (Derivedd(Base1+4)CommonBase)
30 
31 Derived::$vbtable@Base2@:
32  0 | -4
33  1 | 12 (Derivedd(Base2+4)CommonBase)
34 
35 Derived::print2 this adjustor: 0
36 Derived::dump2 this adjustor: 12

看到了嗎? VC8居然輸出了Derived對象的完整布局! 我們終于可以不必兩眼一抹黑般的去peek/poke了.第1行表明，Derived對象總占用了32字節；其由三部分組成，分別是行3-行7、行8-行12、行13、行28；其中前二者分別是基類Base1、Base2的布局，最后的行28為虛擬基類Common的布局。

以基類Base1部分為例，可發現其由一個虛函數表指針vftable和虛基表指針vbtable構成，先看Base1部分的vftable所指向的虛表$vftable@Base1(行19)，不難發現，其中的表項2已經被Derived::print2給override了；再來看Base2部分的vftable所指向的虛表$vftable@Base2(行23)，可發現，同樣的，Base2::dump2被Derived::dump2給override了。這不明擺著就是虛函數機制嘛，heh~

值得注意的是，這個例子同時說明，多繼承場合下，其實在單一對象中是存在多個this指針的.行35-36給出了如何將Derived的this指針校正為其基類子對象this指針的偏移量，也就是說，根據行36，假設有個Derived d，那么d.dump1()實際上應該理解成通過虛表$vftable@Base2對((Base2*)(((char*)&d)+12))->dump1()的調用.即傳遞給所有Base2成員函數的this指針應該是(Base2*)((char*)(&d)+12)，這里可能我寫得恐怖了點，意思到了就成.這不，普通繼承、多繼承、對象Slicing的語義都在這個布局里面了，看仔細了哈~

OK，多繼承看完了，繼續看虛擬基類是如何布局的。虛基Common在Derived的布局中，位于Derived本身數據成員之后的位置。Base1、Base2中均保存了一個vbtable指針，其分別指向各自所使用的虛基表$vbtable@Base1和$vbtable@Base2，為什么要指向一個虛基表? 很簡單，因為Base1、Base2有可能會同時繼承多個不同的虛擬基類..這充分體現了C++對象布局的復雜性.在每個虛基表中，保存了所繼承的虛擬基類部分相對于子類部分vbtable指針的偏移值，以Base2為例，我們知道Base2的vbtable在Derived中的偏移值為16(行10)，則根據$vbtable@Base2，虛基Common部分距離Base2 vbtable指針的偏移值為12,則有虛基Common在Derived中的總偏移值為16+12。與普通多繼承同理，我們在調用非虛擬的虛基成員函數時，必須將Derived的this指針調整為指向虛基部分的this指針，只有這樣才能成功地訪問虛基自身的數據成員和虛基的虛擬函數(通過虛基自己的vftable，為簡單起見，上例中我就沒弄那么復雜了，大家可以自己玩玩，明白如何舉一反三即可)

看完了上述解釋，是不是感覺比啃Inside C++ Object Model來得更快更直觀啊？heh