當基類不是多態而是派生時，'this'地址不匹配

Question

有這個代碼：

#include <iostream>

class Base
{
public:
    Base() {
        std::cout << "Base: " << this << std::endl;
    }
    int x;
    int y;
    int z;
};

class Derived : Base
{
public:
    Derived() {
        std::cout << "Derived: " << this << std::endl;
    }

    void fun(){}
};

int main() {
   Derived d;
   return 0;
}

輸出：

Base: 0xbfdb81d4
Derived: 0xbfdb81d4

但是，當Derived類中的函數'fun'更改為virtual時：

virtual void fun(){} // changed in Derived

然后，'this'的地址在兩個構造函數中都不相同：

Base: 0xbf93d6a4
Derived: 0xbf93d6a0

另一件事是如果類Base是多態的，例如我添加了一些其他虛函數：

virtual void funOther(){} // added to Base

那么'this'匹配的地址再次：

Base: 0xbfcceda0
Derived: 0xbfcceda0

問題是 - 當Base類不是多態的並且Derived類是？時，為什么'this'地址在Base和Derived類中是不同的？

Answer 1

當您具有類的多態單繼承層次結構時，大多數（如果不是全部）編譯器遵循的典型約定是該層次結構中的每個對象必須以VMT指針（指向虛方法表的指針）開頭。 在這種情況下，VMT指針很早就被引入到對象內存布局中：通過多態層次結構的根類，而所有下層類只是繼承它並將其設置為指向它們正確的VMT。 在這種情況下，任何派生對象中的所有嵌套子對象都具有相同的this值。 這樣，通過讀取*this的內存位置，無論實際的子對象類型如何，編譯器都可以立即訪問VMT指針。 這正是您上次實驗中發生的情況。 當您使根類具有多態性時，所有this值都匹配。

但是，當層次結構中的基類不是多態時，它不會引入VMT指針。 VMT指針將由層次結構中較低位置的第一個多態類引入。 在這種情況下，流行的實現方法是在由層次結構的非多態（上部）部分引入的數據之前插入VMT指針。 這是您在第二次實驗中看到的內容。 Derived的內存布局如下所示

+------------------------------------+ <---- `this` value for `Derived` and below
| VMT pointer introduced by Derived  |
+------------------------------------+ <---- `this` value for `Base` and above
| Base data                          |
+------------------------------------+
| Derived data                       |
+------------------------------------+

同時，層次結構的非多態（上層）部分中的所有類都不應該知道任何VMT指針。 Base類型的對象必須以數據字段Base::x開頭。 同時，層次結構的多態（較低）部分中的所有類必須以VMT指針開頭。 為了滿足這兩個要求，編譯器被強制調整對象指針值，因為它在層次結構中從一個嵌套的基礎子對象上下轉換為另一個。 這立即意味着跨多態/非多態邊界的指針轉換不再是概念性的：編譯器必須添加或減去一些偏移量。

來自層次結構的非多態部分的子對象將共享它們的this值，而來自層次結構的多態部分的子對象將共享它們自己的，不同的this值。

在沿層次結構轉換指針值時必須添加或減去一些偏移量並不罕見：編譯器必須在處理多繼承層次結構時始終執行此操作。 但是，您的示例顯示了如何在單繼承層次結構中實現它。

加法/減法效果也將在指針轉換中顯示

Derived *pd = new Derived;
Base *pb = pd; 
// Numerical values of `pb` and `pd` are different if `Base` is non-polymorphic
// and `Derived` is polymorphic

Derived *pd2 = static_cast<Derived *>(pb);
// Numerical values of `pd` and `pd2` are the same

Answer 2

這看起來像是對象中具有v表指針的多態的典型實現的行為。 Base類不需要這樣的指針，因為它沒有任何虛方法。 這樣可以在32位計算機上保存對象大小的4個字節。 典型的布局是：

+------+------+------+
|   x  |   y  |   z  |
+------+------+------+

    ^
    | this

但是Derived類確實需要v表指針。 通常存儲在對象布局中的偏移0處。

+------+------+------+------+
| vptr |   x  |   y  |   z  |
+------+------+------+------+

    ^
    | this

因此，為了使Base類方法看到對象的相同布局，代碼生成器在調用Base類的方法之前將4添加到this指針。 構造函數看到：

+------+------+------+------+
| vptr |   x  |   y  |   z  |
+------+------+------+------+
           ^
           | this

這解釋了為什么你看到4添加到Base構造函數中的this指針值。

Answer 3

從技術上講， 這正是發生的事情。

但是必須注意的是，根據語言規范，多態的實現並不一定與vtable有關：這就是規范。 定義為“實現細節”，這超出了規范范圍。

我們可以說的是， this有一個類型，並指向可通過其類型訪問的內容。 再次引用成員的方式是一個實現細節。

一個事實pointer to something轉換成時，一個pointer to something else ，無論是隱含的，靜態或動態轉換，必須要改變，以適應周圍的事物必須考慮的規則 ，而不是例外 。

順便說一下C ++的定義方式，問題就像答案一樣毫無意義，因為他們隱含地假設實現是基於假設的布局。

在給定情況下，兩個對象子組件共享相同原點的事實只是（非常常見的）特定情況。

例外是“重新解釋”：當你“盲目”類型系統時，只是說“查看這一堆字節，因為它們是這種類型的實例”：這是唯一的情況，你必須期望沒有地址變化（並且沒有責任）從編譯器關於這種轉換的意義）。