戏说C++－－对象布局与多态（四）

（四）单一继承且含有虚函数

1. 定义与实验

定义一个空类C050，派生自类C040。

struct C040
{
   virtual void foo() {}
};
struct C050 : C040
{
};

运行如下代码打印它的大小及对象中的内容。
PRINT_SIZE_DETAIL(C050)
结果为：
The size of C050 is 4
The detail of C050 is 44 b4 45 00

2. 对象布局

C050：

 

3. 相关说明

由于虚函数会被继承，且维持为虚函数。那么类C050的对象中同样应该含有一个指向C050的虚函数表的指针。果然它的大小也为4字节，即含有一个指向虚函数表(后称虚表)的指针(后称虚表指针)。虚表是类级别的，类的所有对象共享同一个虚表。我们可以生成类C040的两个对象，然后通过观察对象的地址、虚表指针地址、虚表地址、及虚表中的条目的值(即所指向的函数地址)来进行验证。
运行如下代码：
C040 obj1, obj2;
PRINT_VTABLE_ITEM(obj1, 0, 0)
PRINT_VTABLE_ITEM(obj2, 0, 0)
结果如下：
obj1  : objadr:0012FDC4 vpadr:0012FDC4 vtadr:0045B440 vtival(0):0041D834
obj2  : objadr:0012FDB8 vpadr:0012FDB8 vtadr:0045B440 vtival(0):0041D834
(注：第一列为对象名，第二列(objadr)为对象的内存地址，第三列(vpadr)为虚表指针地址，第四列(vtadr)为虚表的地址，第五列(vtival(n))为虚表中的条目的值，n为条目的索引，从0开始。后同)
果然对象地址不同，虚表指针(vpadr)位于对象的起始位置，所以它的地址和对象相同。两个对象的虚表指针指向的是同一个虚表，因此(vtadr)的值相同，虚表中的第一条目(vtival(0))的值当然也一样。
接下来，我们再观察类C040和从它派生的类C050的对象，这两个类各有自己的虚表，但由于C050没有重写继承自C040的虚函数，所以它们的虚表中的条目的值，即指向的虚函数的地址应该是一样的。
运行如下代码：
C040 c040;
C050 c050;
PRINT_VTABLE_ITEM(c040, 0, 0)
PRINT_VTABLE_ITEM(c050, 0, 0)
结果为：
c040   : objadr:0012FD4C vpadr:0012FD4C vtadr:0045B448 vtival(0):0041D834
c050   : objadr:0012FD40 vpadr:0012FD40 vtadr:0045B44C vtival(0):0041D834
果然这次我们可以看到虽然前几列皆不相同，但最后一列的值相同。即它们共享同一个虚函数。

定义一个C043类，包含两个虚函数。再定义一个C071类，从C043派生，并重写继承的第一个虚函数。
struct C043
{
    virtual void foo1() {}
    virtual void foo2() {}
};
struct C071 : C043
{
    virtual void foo1() {}
};
我们可以预料到，C043和C071各有一个包含两个条目的虚表，由于C071派生自C043，并且重写了第一个虚函数。那么这两个类的虚表的第一个条目值是不同的，而第二项应该是相同的。运行如下代码。
C043 c043;
C071 c071;
PRINT_SIZE_DETAIL(C071)
PRINT_VTABLE_ITEM(c043, 0, 0)
PRINT_VTABLE_ITEM(c071, 0, 0)
PRINT_VTABLE_ITEM(c043, 0, 1)
PRINT_VTABLE_ITEM(c071, 0, 1)
结果为：
The size of C071 is 4
The detail of C071 is 5c b4 45 00
c043   : objadr:0012FCD4 vpadr:0012FCD4 vtadr:0045B450 vtival(0):0041D4F1
c071   : objadr:0012FCC8 vpadr:0012FCC8 vtadr:0045B45C vtival(0):0041D811
c043   : objadr:0012FCD4 vpadr:0012FCD4 vtadr:0045B450 vtival(1):0041DFE1
c071   : objadr:0012FCC8 vpadr:0012FCC8 vtadr:0045B45C vtival(1):0041DFE1
观察第1、2行的最后一列，即两个类的虚表的第一个条目，由于C071重写了foo1函数，所以这个值不一样。而第3、4行的最后一列为两个类的虚表的第二个条目，由于C071并没有重写它，所以这两个值是相同的。和我们之间的猜测是一致的。

　　因为是单一继承，要体现基类与子类的vptr，所以可以这么看：在所有的继承中，不论是单一继承还是多重继承，都看成派生类子对象与第一个基类共享vptr指针。由于一个vptr只能指向一个虚表，所以也可以看成是派生类子对象与第一个基类子对象共享虚表。但是由于继承，派生类可以对从基类继承过来的虚函数作三种选择：（1）不变，只继承；（2）改写，重新定义；（3）新定义基类中不存在的虚函数。但是先申明一下，不论这三种　情况出现哪一种，派生类与基类的虚表都不是同一个表，但是这两个表是有一定的关系，对于第一种情况，派生类的虚表的内容与基类的表的内容相同，条目值相同，指向一样的虚函数；对于第二种情况，派生类的虚表中，对应于重新定义的虚函数，其表目的索引值是一样的即相当于位置是一样的，但是派生类中对应于此重定义的虚函数的条目值是新定义的函数的地址；对于第三种情况，则在派生类的虚表中增加一个条目，填上新定义的虚函数地址。