[C++基础]虚继承实现原理

在Ｃ++中，我们会遇到virtual这个关键字，但是它有两种含义：虚函数和虚继承，它们两个是完全无相关的两个概念。

什么是虚继承

虚继承是解决C++多重继承问题的一种手段，从不同途径继承来的同一基类，会在子类中存在多份拷贝。这将存在两个问题：其一，浪费存储空间；第二，存在二义性问题，通常可以将派生类对象的地址赋值给基类对象，实现的具体方式是，将基类指针指向继承类（继承类有基类的拷贝）中的基类对象的地址，但是多重继承可能存在一个基类的多份拷贝，这就出现了二义性。

当一个基类被声明为虚基类后，即使它成为了多继承链路上的公共基类，最后的派生类中也只有它的一个备份。例如：

class CBase { }；
class CDerive1：virtual public CBase{ }；
class CDerive2：virtual public CBase{ }；
class CDerive12：public CDerive1，CDerive2{ }；

则在类CDerive12的对象中，仅有类CBase的一个对象数据

虚继承实现原理

虚继承底层实现原理与编译器相关，一般通过虚基类指针和虚基类表实现，每个虚继承的子类都有一个虚基类指针（任何类型的指针变量都是占用4个字节）和虚基类表（不占用类对象的存储空间）（需要强调的是，虚基类依旧会在子类里面存在拷贝，只是仅仅最多存在一份而已，并不是不在子类里面了）；当虚继承的子类被当做父类继承时，虚基类指针也会被继承。
实际上，vbptr指的是虚基类表指针，该指针指向了一个虚基类表，虚表中记录了虚基类与本类的偏移地址；通过偏移地址，这样就找到了虚基类成员，而虚继承也不用像普通多继承那样维持着公共基类（虚基类）的两份同样的拷贝，节省了存储空间。

虚继承与虚函数的异同

相似之处：都利用了虚指针（均占用类的存储空间）和虚表（均不占用类的存储空间）。
不同之处：虚基类依旧存在继承类中，只占用存储空间；虚函数不占用存储空间。虚基类表存储的是虚基类相对直接继承类的偏移；而虚函数表存储的是虚函数地址。

#include<iostream>
using namespace std;class A  //大小为4
{
public:int a;
};
class B :virtual public A  //大小为12，变量a,b共8字节，虚基类表指针4
{
public:int b;
};
class C :virtual public A //与B一样12
{
public:int c;
};
class D :public B, public C //24,变量a,b,c,d共16，B的虚基类指针4，C的虚基类指针
{
public:int d;
};int main()
{A a;B b;C c;D d;cout << sizeof(a) << endl;cout << sizeof(b) << endl;cout << sizeof(c) << endl;cout << sizeof(d) << endl;system("pause");return 0;
}
//
//1 > class A    size(4) :
//1 > +-- -
//1 > 0 | a
//1 > +-- -
//1 >
//1 > class B    size(12) :
//1 > +-- -
//1 > 0 | {vbptr}
//1 > 4 | b
//1 > +-- -
//1 > +-- - (virtual base A)
//1 > 8 | a
//1 > +-- -
//1 >
//1 > B::$vbtable@:
//1 > 0 | 0
//1 > 1 | 8 (Bd(B + 0)A)
//1 > vbi:class  offset o.vbptr  o.vbte fVtorDisp
//1 >         A       8       0       4 0
//1 >
//1 > class C    size(12) :
//1 > +-- -
//1 > 0 | {vbptr}
//1 > 4 | c
//1 > +-- -
//1 > +-- - (virtual base A)
//1 > 8 | a
//1 > +-- -
//1 >
//1 > C::$vbtable@:
//1 > 0 | 0
//1 > 1 | 8 (Cd(C + 0)A)
//1 > vbi:class  offset o.vbptr  o.vbte fVtorDisp
//1 >         A       8       0       4 0
//1 >
//1 > class D    size(24) :
//1 > +-- -
//1 > 0 | +-- - (base class B)
//1 > 0  | | {vbptr}
//1 > 4  | | b
//1 > | +-- -
//1 > 8 | +-- - (base class C)
//1 > 8  | | {vbptr}
//1 > 12 | | c
//1 > | +-- -
//1 > 16 | d
//1 > +-- -
//1 > +-- - (virtual base A)
//1 > 20 | a
//1 > +-- -
//1 >
//1 > D::$vbtable@B@:
//1 > 0 | 0
//1 > 1 | 20 (Dd(B + 0)A)
//1 >
//1 > D::$vbtable@C@:
//1 > 0 | 0
//1 > 1 | 12 (Dd(C + 0)A)
//1 > vbi:class  offset o.vbptr  o.vbte fVtorDisp
//1 >         A      20       0       4 0
//1 >