在多重继承中理解vptr？

Question

我试图理解书中有效的c ++语句。以下是多继承的继承图。

现在这本书说vptr需要每个类中单独的内存。它还做了以下声明

上图中的一个奇怪之处是即使涉及四个类，也只有三个vptrs。 实现可以自由生成四个vptrs，如果他们喜欢的话，但三个就足够了（事实证明B和D可以共享一个vptr），并且大多数实现都利用这个机会来减少编译器生成的开销。

我看不出为什么每个类都需要为vptr分配内存的原因。我理解vptr是从基类继承的，可能是继承类型。如果我们假设它显示了带有继承的vptr的结果内存结构，那么它们如何使语句

  

B和D可以共享vptr

有人可以在多重继承中澄清一下vptr吗？

• 我们每个班级都需要单独的vptr吗？
• 如果以上情况属实，为什么B和D可以共享vptr？

Answer 1

Answer 2

如果某个班级有虚拟成员，则需要找到他们的地址。它们被收集在一个常量表（vtbl）中，其地址存储在每个对象（vptr）的隐藏字段中。对虚拟成员的呼叫基本上是：

obj->_vptr[member_idx](obj, params...);

将虚拟成员添加到其基类的派生类也需要一个位置。因此新的vtbl和新的vptr为他们。对继承的虚拟成员的调用仍然是

obj->_vptr[member_idx](obj, params...);

并且对新虚拟成员的调用是：

obj->_vptr2[member_idx](obj, params...);

如果基础不是虚拟的，则可以安排第二个vtbl紧接在第一个之后，有效地增加了vtbl的大小。并且不再需要_vptr2。因此，对新虚拟成员的调用是：

obj->_vptr[member_idx+num_inherited_members](obj, params...);

在（非虚拟）多重继承的情况下，一个继承两个vtbl和两个vptr。它们不能合并，并且调用必须注意向对象添加偏移量（以便在正确的位置找到继承的数据成员）。对第一个基类成员的调用将是

obj->_vptr_base1[member_idx](obj, params...);

和第二次

obj->_vptr_base2[member_idx](obj+offset, params...);

新的虚拟成员可以再次放入新的vtbl中，也可以附加到第一个基地的vtbl中（这样在将来的调用中不会添加任何偏移量。）

如果一个基础是虚拟的，那么就不能将新的vtbl附加到继承的基础上，因为它可能导致冲突（在你给出的例子中，如果B和C都附加了它们的虚函数，那么D是如何构建它的版本？）。

因此，A需要一个vtbl。 B和C需要一个vtbl，它不能附加到A的一个，因为A是两者的虚拟基础。 D需要一个vtbl但它可以附加到B一，因为B不是D的虚拟基类。

Answer 3

这一切都与编译器如何计算方法函数的实际地址有关。编译器假定虚拟表指针位于距对象基础的已知偏移处（通常在偏移0处）。编译器还需要知道每个类的虚拟表的结构 - 换句话说，如何查找虚拟表中函数的指针。

B类和C类将具有完全不同的虚拟表结构，因为它们具有不同的方法。 D类的虚拟表看起来像是B类的虚拟表，后面跟着C类方法的附加数据。

当您生成D类对象时，可以将其转换为指向B的指针或指向C的指针，甚至可以作为指向A类的指针。您可以将这些指针传递给甚至不知道存在的模块D类，但可以调用类B或C或A的方法。这些模块需要知道如何定位指向类的虚拟表的指针，他们需要知道如何定位指向类B / C /的方法的指针A在虚拟表中。这就是为什么你需要为每个类都有单独的VPTR。

D类很清楚B类的存在及其虚拟表的结构，因此可以扩展其结构并重用来自对象B的VPTR。

当您将指向对象D的指针转换为指向对象B或C或A的指针时，它实际上会通过某个偏移更新指针，以便它从对应于该特定基类的vptr开始。

Answer 4

  

我看不出有什么理由   需要单独的记忆   每个类为vptr

在运行时，当您通过指针调用（虚拟）方法时，CPU不知道调度方法的实际对象。如果您有B* b = ...; b->some_method();，那么变量b可能会指向通过new B()或new D()创建的对象或 偶数new E()其中E是继承自（{1}}或B的其他类。这些类中的每一个都可以为D提供自己的实现（覆盖）。因此，调用some_method()应根据b指向的对象从b->some_method()，B或D调度实现。

对象的vptr允许CPU查找对该对象有效的some_method实现的地址。每个类定义它自己的vtbl（包含所有虚方法的地址），并且该类的每个对象都以指向该vtbl的vptr开始。

Answer 5

我认为D需要2或3个vptrs。

这里A可能需要也可能不需要vptr。 B需要一个不应与A共享的（因为A实际上是遗传的）。 C需要一个不应该与A共享的（同上）。 D可以使用B或C的vftable作为其新的虚函数（如果有的话），因此它可以共享B或C。

我的旧论文“C ++：Under the Hood”解释了虚拟基类的Microsoft C ++实现。 http://www.openrce.org/articles/files/jangrayhood.pdf

和（MS C ++）您可以使用cl / d1reportAllClassLayout进行编译，以获取类内存布局的文本报告。

快乐的黑客攻击！