c++ devived object model

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單一虛函數繼承

class A
{
public:
virtual int foo( ) { return val ; }
virtual int funA( ) {}
private:
int val ;
char bit1 ;
} ;

class B : public A
{
public:
virtual int foo( ) { return bit2; }
virtual int funB( ) {}
private:
char bit2 ;
};

 

 

 

 

 

一個class只要有一個虛函數，那麼每一個class object被安插上一個由編譯器內部產生的指標，指向該表格(virtual table)。

virtual table 的第一項是表示class的類型。

因為，基類指標的特殊性，它可以指向基類對象，也可以指向衍生類別對象。故：ptr->foo( ) ;這種調用，我們需要知道ptr所指對象的真實類型。（就算不知道ptr所指對象的類型，也可以正確調用fun函數，但是由於fun函數有編譯器插入的this指標，this指標要與ptr指向的對象地址正確對應，以正確訪問對象中的成員變數，但ptr中卻沒有這樣的資訊）

virtual table 之後的表格是class中的每個虛函數地址。

 

一個class只會有一個virtual table。衍生類別的virtual table是在基類的virtual table上增加，修改的。

衍生類別中的虛函數會改寫(overriding)與基類中同名且參數相同的虛函數，把virtual table表中相應的基類虛函數地址改寫為相應衍生類別虛函數的地址。

 

以上工作都是由編譯器完成的。執行期要做的就是在特定的virtual table表項中啟用相應的虛函數，然後根據virtual table首項的類型資訊，正確執行此虛函數。

 

例如：ptr->foo( ) ;

一般而言，我並不知道ptr所指對象的真正類型。然而我知道。經由ptr可以存取到該對象的virtual table。

雖然我不知道哪一個foo( )實體會被調用，但我知道每一個foo( )函數的地址都放在虛表的第二項。

故：根據以上資訊，編譯器可以將該調用轉化為：

( *ptr->vptr[1] )( ptr ) ;

 

 

【注意：】基類指標雖然可以指向衍生類別，但是它實際上指向的是衍生類別中的基類部分。（這就不違反指標的特性了，指標類型與其指向範圍是一致的）故基類指標不能訪問衍生類別的成員。（但基類指標可以通過訪問衍生類別的虛函數，間接操作衍生類別成員）

上面的記憶體配置圖驗證了這個例子，就是指的是指向衍生類別的指標，指標指向base class中沒有被devived class繼承的虛函數，或者指向devived class中重寫base class中的虛函數，

 

 

多重繼承

 

class A  {  public:      A() {}      virtual ~A() {}      virtual int foo( )  {   return  val ;  }      virtual int funA( ) {}  private:      int val ;      char bit1 ;  } ;    class B :  {  public:      B() {}      virtual ~B() {}      virtual int foo( )  {   return  bit2;  }      virtual int funB( ) {}  private:      char bit2 ;  };    class Derived : public A, public B  {  public:      Derived() {}      virtual ~Derived() {}      virtual int foo( )  {   return  bit3;  }      virtual int funDerived( ) {}  private:      char bit3 ;  };  

注意：在多重繼承下，若有n個基類，則衍生類別中有n個virtual table.

針對每一個virtual table，衍生類別對象中有對應的vptr。這些vptrs將在建構函式中被設立初值。

 

衍生類別的虛函數會覆蓋(改寫)其每個基類virtualtable中相應的虛函數索引值。

 

多重繼承最左端的基類，在衍生類別中作為主要實體，其virtualtable為主要表格，其它基類的virtual table為次要表格。

當你將Derived對象地址指定給一個Base1指標或Derived指標時，被處理的virtualtable是主要表格vptr_Base1。

故主要表格要包含Derived的所有虛函數（包括繼承得來的虛函數）。所以其中有Base1、Base2、Derived中的虛函數。

而其它次要表格中的項目數不變，只是有些虛函數的索引值被重寫。

 

涉及多重繼承的指標的轉換

多重繼承的問題主要發生於：衍生類別對象和其第二或後繼的基類對象之間的轉換。

【對一個多重派生對象，將其地址指定給“最左端（也就是第一個）”base class的指標，情況將和單一繼承時相同，因為二者都指向相同的起始地址。需付出的成本只有地址的指定操作而已。至於第二個或後繼的base class的地址指定操作，則需要將地址修改：加上（或減去）介於中間的base class subobject(s)大小】

例如：

Derived dObj ;

A* pA = &dObj ;

只需要簡單地拷貝地址就行了。

 

而：

Derived* pd ;

B* pB = pd ;

需要這樣的內部轉化：

//虛擬C++碼

pB = pd ? (B*)( (char*)pd + sizeof(A) ) : 0  ;

 

 

 

含虛繼承的多重繼承

class A {  } ;  class B : public virtual A {  } ;  class C : public virtual A {  } ;  class D : public B, public C { }; 

注意】class A { };實際上並不是空的，它有一個隱晦的1位元組，那是被編譯器安插進去的一個char。這是為了使得class A的對象得以在記憶體中配置獨一無二的地址。

當語言支援虛基類時，就會導致一些額外負擔。在衍生類別中會有一個額外指標，指標指向一個相關表格，表格中存放的或者是虛基類對象，或者是其位移量。

若虛基類為空白，則表格中存放的是虛基類對象（即一個安插位元組）

 

 

VC++編譯器的最佳化：

VC++特別對 空virtual baseclass做了處理。空虛基類的衍生類別中只有一個4位元組的指標。沒有安插char，也沒有位元組填充。

（因為安插char的目的是為了空類執行個體化的對象在記憶體中有地址，而現在其衍生類別對象中已經有個指標了，其可以取地址，故不需要安插char了）

注意：如果虛基類中有資料成員，則兩種編譯器（“有特殊處理者”和“無特殊處理者”）就會產生完全相同的物件版面配置。

 

2、虛基類有資料成員

例：

class A {public:     …private:    int x, y ;} ;class B : public virtual A {public:    …private:    int valB ;} ;class C : public virtual A {public:    …private:    int valC ;} ;class D : public B, public C {public:    …private:    int valD ;};

最終的衍生類別對象底部是共用虛基類的部分，衍生類別class B、class C部分的指標指向的虛函數表的前面增加了一項：offset（從對象的開頭算起，到共用虛基類部分的位元組數）

這樣可以快速地訪問到共用虛基類的成員。

 

問：

①為什麼虛繼承不像一般繼承那樣，把基類成員放在頂部，把新增衍生類別成員放在尾部？

我想是：因為在最後的多重繼承時，要求最終的衍生類別對象中只有一份基類成員，故最終衍生類別會從其各個父類中提取它們各自的派生資料成員。若按一般繼承那樣的物件模型，很容易找到父類中的衍生類別成員，但難以確定邊界，故難以提取資料。為了提取資料方便，把基類成員放在尾部。

 

②為什麼虛繼承的衍生類別中有兩個虛指標？

我想是：因為要實現多態。當基類指標指向衍生類別中的基類部分時，必須要有指向虛表的指標，才能實現多態。

 

注意：class D物件模型與一般多重繼承的衍生類別對象的布局相似，多重繼承最左邊的基類部分的虛表是“主要表格”。故class B、class C、class A部分的虛表各不相同。它們都是為了實現多態。

 

【編程風格】一般而言，virtual base class最有效一種運用形式是：一個抽象的virtual base class，沒有任何資料成員。

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