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Visual C++ 8.0对象布局的奥秘：虚函数、多继承、虚拟继承

哈哈，从M$ Visual C++ Team的Andy Rich那里又偷学到一招：VC8的隐含编译项/d1reportSingleClassLayout和/d1reportAllClassLayout 。看个复杂的例子吧(如下)，现在假设我们想知道Derived类的对象布局，怎么办? 在Project Properties->C++->Command Line->Additional Options里面加上/d1reportSingleClassLayoutDerived吧！

class CommonBase
{
    int co;
};

class Base1: virtual public CommonBase
{
public:
    virtual void print1() {}
    virtual void print2() {}
private:
    int b1;
};

class Base2: virtual public CommonBase
{
public:
    virtual void dump1() {}
    virtual void dump2() {}
private:
    int b2;
};

class Derived: public Base1, public Base2
{
public:
    void print2() {}
    void dump2() {}
private:
    int d;
};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    return 0;
}

F5编译之，你会惊奇地发现，Output里面有如下字样：

 1 class Derived size(32):
 2    +---
 3    | +--- (base class Base1)
 4  0 | | {vfptr}
 5  4 | | {vbptr}
 6  8 | | b1
 7    | +---
 8    | +--- (base class Base2)
 9 12 | | {vfptr}
10 16 | | {vbptr}
11 20 | | b2
12    | +---
13 24 | d
14    +---
15    +--- (virtual base CommonBase)
16 28 | co
17    +---
18 
19 Derived::$vftable@Base1@:
20  0 | &Base1::print1
21  1 | &Derived::print2
22 
23 Derived::$vftable@Base2@:
24  0 | &Base2::dump1
25  1 | &Derived::dump2
26 
27 Derived::$vbtable@Base1@:
28  0 | -4
29  1 | 24 (Derivedd(Base1+4)CommonBase)
30 
31 Derived::$vbtable@Base2@:
32  0 | -4
33  1 | 12 (Derivedd(Base2+4)CommonBase)
34 
35 Derived::print2 this adjustor: 0
36 Derived::dump2 this adjustor: 12

看到了吗? VC8居然输出了Derived对象的完整布局! 我们终于可以不必两眼一抹黑般的去peek/poke了.第1行表明，Derived对象总占用了32字节；其由三部分组成，分别是行3-行7、行8-行12、行13、行28；其中前二者分别是基类Base1、Base2的布局，最后的行28为虚拟基类Common的布局。

以基类Base1部分为例，可发现其由一个虚函数表指针vftable和虚基表指针vbtable构成，先看Base1部分的vftable所指向的虚表$vftable@Base1(行19)，不难发现，其中的表项2已经被Derived::print2给override了；再来看Base2部分的vftable所指向的虚表$vftable@Base2(行23)，可发现，同样的，Base2::dump2被Derived::dump2给override了。这不明摆着就是虚函数机制嘛，heh~

值得注意的是，这个例子同时说明，多继承场合下，其实在单一对象中是存在多个this指针的.行35-36给出了如何将Derived的this指针校正为其基类子对象this指针的偏移量，也就是说，根据行36，假设有个Derived d，那么d.dump1()实际上应该理解成通过虚表$vftable@Base2对((Base2*)(((char*)&d)+12))->dump1()的调用.即传递给所有Base2成员函数的this指针应该是(Base2*)((char*)(&d)+12)，这里可能我写得恐怖了点，意思到了就成.这不，普通继承、多继承、对象Slicing的语义都在这个布局里面了，看仔细了哈~

OK，多继承看完了，继续看虚拟基类是如何布局的。虚基Common在Derived的布局中，位于Derived本身数据成员之后的位置。Base1、Base2中均保存了一个vbtable指针，其分别指向各自所使用的虚基表$vbtable@Base1和$vbtable@Base2，为什么要指向一个虚基表? 很简单，因为Base1、Base2有可能会同时继承多个不同的虚拟基类..这充分体现了C++对象布局的复杂性.在每个虚基表中，保存了所继承的虚拟基类部分相对于子类部分vbtable指针的偏移值，以Base2为例，我们知道Base2的vbtable在Derived中的偏移值为16(行10)，则根据$vbtable@Base2，虚基Common部分距离Base2 vbtable指针的偏移值为12,则有虚基Common在Derived中的总偏移值为16+12。与普通多继承同理，我们在调用非虚拟的虚基成员函数时，必须将Derived的this指针调整为指向虚基部分的this指针，只有这样才能成功地访问虚基自身的数据成员和虚基的虚拟函数(通过虚基自己的vftable，为简单起见，上例中我就没弄那么复杂了，大家可以自己玩玩，明白如何举一反三即可)

看完了上述解释，是不是感觉比啃Inside C++ Object Model来得更快更直观啊？heh