基类中的虚拟继承和空vtable

Question

有以下代码：

#include <iostream>

class Base
{
   int x;
};

class Derived : virtual public Base
{
   int y;
};

int main()
{
    std::cout << sizeof(Derived) << std::endl; // prints 12
    return 0;   
}

我已经读到，当虚拟继承某个类时，将为派生类创建空的vtable，因此内存布局如下：

Derived::ptr to empty vtable
Derived::y
Base::x

它是12个字节。 问题是-如果没有任何虚拟方法，此空 vtable的目的是什么？如何使用它？

Answer 1

Derived需要某种方式来知道Base子对象在哪里。 使用虚拟继承时，相对于派生类的位置，基类的相对位置不是固定的：它可以位于完整对象中的任何位置。

考虑一个涉及钻石继承的更典型的例子。

struct A
{
    int a;
};

struct B1 : virtual A
{
    int b1;
};

struct B2 : virtual A
{
    int b2;
};

struct C : B1, B2
{
    int c;
};

在这里， B1和B2都实际上是从A派生A ，因此在C ，恰好有一个A子对象。 B1和B2需要知道如何查找该A子对象（以便他们可以访问a成员变量，或者如果我们要定义它们，则可以访问A其他成员）。

这就是vtable在这种情况下的用途： B1和B2都有一个vtable，其中包含A子对象的偏移量。

---

为了演示编译器可以如何实现上述菱形继承示例，请考虑由Visual C ++ 11开发人员预览版生成的以下类布局和虚拟表。

class A size(4):
        +---
 0      | a
        +---

class B1        size(12):
        +---
 0      | {vbptr}
 4      | b1
        +---
        +--- (virtual base A)
 8      | a
        +---

class B2        size(12):
        +---
 0      | {vbptr}
 4      | b2
        +---
        +--- (virtual base A)
 8      | a
        +---

class C size(24):
        +---
        | +--- (base class B1)
 0      | | {vbptr}
 4      | | b1
        | +---
        | +--- (base class B2)
 8      | | {vbptr}
12      | | b2
        | +---
16      | c
        +---
        +--- (virtual base A)
20      | a
        +---

和以下vtable：

B1::$vbtable@:
 0      | 0
 1      | 8 (B1d(B1+0)A)

B2::$vbtable@:
 0      | 0
 1      | 8 (B2d(B2+0)A)

C::$vbtable@B1@:
 0      | 0
 1      | 20 (Cd(B1+0)A)

C::$vbtable@B2@:
 0      | 0
 1      | 12 (Cd(B2+0)A)

请注意，偏移量是相对于vtable的地址的，并且请注意，对于为C的B1和B2子对象生成的两个vtable，偏移量是不同的。

（还要注意，这完全是一个实现细节，其他编译器可能会以不同的方式实现虚拟函数和基础。此示例演示了实现它们的一种方式，并且通常以这种方式实现。）

Answer 2

为了实现虚拟功能，C ++使用一种特殊形式的后期绑定，称为虚拟表 。 虚拟表是用于以动态/后期绑定方式解析函数调用的函数查找表。 虚拟表有时使用其他名称，例如“ vtable”，“虚拟功能表”，“虚拟方法表”或“调度表”。

虚拟表实际上很简单。 首先，每个使用虚函数的类（或派生自使用虚函数的类）都被赋予自己的虚拟表。 该表仅是编译器在编译时设置的静态数组 。 虚拟表为每个虚拟函数包含一个条目，可以由该类的对象调用。 该表中的每个条目都只是一个函数指针，指向该类可访问的最衍生函数。

• 每个使用虚函数的类（或派生自使用虚函数的类）都被赋予其自己的虚拟表作为机密数据成员。
• 该表由编译器在编译时设置。
• 虚拟表包含一个条目，作为该类的对象可以调用的每个虚拟函数的函数指针。
• 虚拟表存储指向纯虚拟函数的NULL指针。

甚至为具有虚拟基类的类创建虚拟表。 在这种情况下，vtable包含指向基类共享实例的指针以及指向类的虚函数的指针（如果有）。

Answer 3

如果执行dynamic_cast <Derived *>（ptr_to_obj），它将使用vtable指针确定ptr_to_obj是否引用Derived。 与虚拟方法或继承有关的每个类都需要一个vtable，并且每个类都必须是不同的，以支持dynamic_cast <>。 即使它不包含任何指向方法的指针，它仍然可以用来标识对象的类型。