派生類可以有多個指向虛擬表的指針嗎？

Question

我正在觀看 BackToBasics 演講：CppCon2019 的Virtual Dispatch 及其替代方案。 演示者說和幻燈片顯示（假設我沒有誤解）派生的 class 從基礎 class 繼承了一個 vtable 指針，並且還具有自己的 vptr。

當然，從技術上講，這不是標准規定的，但我讓自己有點困惑，我對 sizeof() 的實驗似乎也暗示應該只需要一個指針。 請有人澄清一下是否有需要多個 vptr 的情況？

謝謝

PS 為了清楚起見，在這種情況下，我們正在考慮更常見的公共 inheritance，而不是虛擬或多個 inheritance（演講者在演講的前面部分明確提到了這一點）。

Answer 1

vtable 包含已知偏移量處 class 的每個虛擬 function 的地址。

[備注：在實踐中，與常規的 class 不同，vtables 具有負偏移量的成員，很像數組中間的指針。 這只是一個不會太大改變實現自由的約定。 無論如何，唯一的問題是在 vtable 中放置信息是由約定（ABI）規定的，編譯器遵循相同的規則為多態類生成兼容的代碼。]

當您在派生的 class 中具有附加功能時會發生什么？ （不僅僅是從基類“繼承”的函數）

一旦您接受指向結構的指針都指向整個 object 及其第一個成員的想法，您就會認為指向派生 class 的指針指向位於零偏移處的基本 class。 因此，您可以擁有完全相同的指針值，表示為void* ，可以將其用於派生的 object 或根據此約定的單個 inheritance 的基數。

現在，您可以將其應用於任何數據結構，甚至應用於實際上不是表（相同類型的元素數組或可以以相同方式解釋的值的數組）而是記錄（不相關類型的對象或意義）; 您可以看到，此類派生的 class 的 vtable 可以以完全相同的方式從其唯一基礎的 vtable 派生。

（注意，如果你把 C++ 編譯成 C，你在做這些事情的時候可能會遇到類型別名規則。當然匯編沒有這樣的問題，也沒有天真的編譯“高級匯編程序”Z0D61F8370CAD1432F8ZB8）。

因此，對於單個 inheritance，基礎集成並優化到派生的 class 中：

• 用於實例的數據成員（class 類型）
• 對於虛函數成員，即 vtable 的數據成員（或元 class 的成員，如果您想像的話）。

請注意，將 base 放置在 offset 0 處允許您將 vtable base 放置在 offset 0 處，這反過來又允許您使用相同的 vptr 但並不暗示它； 相反，與基礎共享 vptr 意味着基礎 vtable 位於偏移量零（vtable 布局 = 元 class 級別），因此基礎必須位於偏移量零（數據成員布局 = class 級別）。

並且多個 inheritance 實際上是單個 inheritance 加，因為一個 class 始終被視為特權：它放置在偏移量零處，因此指針相同，因此指針可以放置在零偏移量處（可以使用相同的偏移量 vtable） 其他基地，並非如此。

正如我們所看到的，除了一個繼承的多態類之外，所有繼承的多態類都放置在多個 inheritance 中的非零偏移處。 每個都在派生的 class 中攜帶一個額外的“繼承”vptr； 該（隱藏）指針成員必須由任何派生構造函數正確填充。

這些額外的 vptr 用於發生在非零偏移量的基類，因此必須調整指向繼承基的指針（添加一個正常量以轉換為基指針，刪除它以轉換回來）。 編譯器需要生成代碼來執行隱式轉換是一件小事（將 integer 轉換為浮點類型是一項更復雜的任務）； but here the conversion of this is between a function call on a given base type and landing in the function that is an overrider in a base or derived class: the difference is that adjustment depends on function overriding which is only known for a class (an元類型的實例）。 所以vptr 需要指向不同的 vtable 信息：知道如何處理這些基礎到派生指針的轉換。

作為“元類型”的實例，vtables 擁有自動調整所有指針的所有信息。 （這些取決於所涉及的特定 class 類型，而不取決於其他因素。）

所以在實現層面，兩種類型的繼承是：

• 零偏移 inheritance； 共享 vptr； 在某些 vtable 和 ABI 描述中稱為主要基礎 class；
• 任意偏移 inheritance； 擁有另一個 vptr； 稱為二級鹼基 class。

這是基本的東西。 虛擬 inheritance 在實現級別上要微妙得多，甚至主要的概念也不是很清楚，因為虛擬基只能在一些派生類中成為派生 class 的“主要”！

Answer 2

假設我們有兩個類，每個類至少有一個虛擬 function， Possession和Vehicle 。 要為其中任何一個的派生 class 的實例調用這些虛擬函數，需要指向虛擬表的指針。 由於這兩個類是獨立的，它們的虛擬表將完全不同。

現在想象OwnedVehicle派生自Possession和Vehicle 。 要在Possession中為OwnedVehicle實例調用虛擬 function ，需要指向Possession所需類型的虛擬 function 表的指針。 類似地，要在Vehicle中為 OwnedVehicle 的實例調用虛擬OwnedVehicle需要一個指向Vehicle所需類型的虛擬 function 表的指針。

典型的實現通過為OwnedVehicle構建一個虛擬 function 表來處理此問題，該表包含OwnedVehicle虛擬功能（如果有）的一部分， Vehicle虛擬功能的一部分和Possession虛擬功能的一部分。 然后，當從指向不同類型的 object 的指針調用虛擬 function 時，編譯器所要做的就是將適用的增量應用於指向它的虛擬 function 的正確部分表指針。

雖然多個 inheritance 的情況更復雜，但僅單個 inheritance 也會出現同樣的情況。 OwnedVehicle 的虛擬OwnedVehicle表在其內部包含一個用於Vehicle的虛擬 function 表，即使不涉及Possession也會這樣做。