虚拟继承的幕后发生了什么？

我已经运行了代码，类大小的答案是

sizeof(CBaseEntity) = 16 
sizeof(CBaseWeapon) = 32
sizeof(Prefab) = 24
sizeof(WeaponPrefab) = 48

一般来说，虚函数的实现和虚继承是实现定义的，并且可能因编译器和其他选项而异。话虽如此，也许我可以对对象的大小提供一些解释，至少对于可能的实现是这样。

CBaseEntity只是一个多态类型，因此有一个指向（对于我知道的 C++ 的所有实现都是如此，但不是标准强制要求），它还包含 .指针的大小 = 8，大小 = 8，所以总共正好是 16。vtableint64int64

CBaseWeapon继承自并持有双精度。它已经必须至少是 24 号。现在，虚拟继承意味着 和 的对象位置之间的差异不是固定的 - 只有最终类才能确定它。此信息需要存储在类的实例中。我相信该信息位于布局开头的某个地方。为了包含这些信息，应该添加填充，以便由于对齐要求，大小可以被 8 整除。因此，总大小总和为 32。基本上，它在CBaseEntityCBaseWeaponCBaseEntityCBaseWeaponCBaseEntity

Prefab类似于 ，但它不成立 。所以 24 或 8 在 .CBaseWeapondoubleCBaseEntity

WeaponPrefab实际上继承自 、 、 和 包含 。所以，它已经需要.如果有的话，令人惊讶的是，它并没有更大。这可能是因为不存储任何对象，并且这两个类以某种方式共享布局位置变量，从而优化了类的存储大小。比如说，如果向 添加一个双杆件，则 的大小将增加到 64。CBaseEntityCBaseWeaponPrefabchar[8]16+16+8+8 = 48WeaponPrefabPrefabPrefabWeaponPrefab

但是，正如我之前所说，这在很大程度上取决于确切的规格。我不知道你为哪个平台编码。我确信 ABI 的规范在互联网上的某个地方，您可以查找详细信息。例如，查看 Itanium C++ ABI，它可能与您相关，也可能与您无关。

编辑：正如@MilesBudnek所分析的那样，“layout-location 变量”实际上是指向编译器生成的偏移表的指针。因此，它需要 8 个字节或平台规定的任何字节。

警告：这都是实现细节。不同的编译器可能会以不同的方式实现细节，或者可能同时使用不同的机制。这就是 GCC 在这种特定情况下的做法。

请注意，我忽略了用于实现方法调度的 vtable 指针，而是专注于如何实现继承。virtualvirtual

使用普通的非虚拟继承，a 将包含两个子对象：一个是它继承的子对象，另一个是它通过 继承的子对象。它看起来像这样：WeaponPrefabCBaseEntityCBaseWeaponPrefab

 WeaponPrefab
 ┌─────────────────────┐
 │ CBaseWeapon         │
 │ ┌─────────────────┐ │
 │ │ CBaseEntity     │ │
 │ │ ┌─────────────┐ │ │
 │ │ │ int64_t     │ │ │
 │ │ │ ┌─────────┐ │ │ │
 │ │ │ │ m_ivar  │ │ │ │
 │ │ │ └─────────┘ │ │ │
 │ │ └─────────────┘ │ │
 │ │  double         │ │
 │ │  ┌─────────┐    │ │
 │ │  │ m_flvar │    │ │
 │ │  └─────────┘    │ │
 │ └─────────────────┘ │
 │ Prefab              │
 │ ┌─────────────────┐ │
 │ │ CBaseEntity     │ │
 │ │ ┌─────────────┐ │ │
 │ │ │ int64_t     │ │ │
 │ │ │ ┌─────────┐ │ │ │
 │ │ │ │ m_ivar  │ │ │ │
 │ │ │ └─────────┘ │ │ │
 │ │ └─────────────┘ │ │
 │ └─────────────────┘ │
 │  char[8]            │
 │  ┌─────────┐        │
 │  │ words   │        │
 │  └─────────┘        │
 └─────────────────────┘

virtual继承可以避免这种情况。每个对象只有一个子对象，每个子对象都继承自 ly。在这种情况下，两者合二为一：virtualCBaseObjects

WeaponPrefab
┌───────────────────┐
│   char[8]         │
│   ┌─────────┐     │
│   │ words   │     │
│   └─────────┘     │
│ Prefab            │
│ ┌───────────────┐ │
│ └───────────────┘ │
│ CBaseWeapon       │
│ ┌───────────────┐ │
│ │  double       │ │
│ │  ┌─────────┐  │ │
│ │  │ m_flvar │  │ │
│ │  └─────────┘  │ │
│ └───────────────┘ │
│ CBaseEntity       │
│ ┌───────────────┐ │
│ │  int64_t      │ │
│ │  ┌─────────┐  │ │
│ │  │ m_ivar  │  │ │
│ │  └─────────┘  │ │
│ └───────────────┘ │
└───────────────────┘

不过，这带来了一个问题。请注意，在非虚拟示例中，对象始终是 0 字节，无论它是独立的还是 .但在示例中，偏移量是不同的。对于独立对象，它将与对象的开头相差 0 个字节，但对于作为子对象的子对象，它将与对象的开头相差 8 个字节。CBaseEntity::m_ivarPrefabWeaponPrefabvirtualPrefabCBaseEntity::m_ivarPrefabWeaponPrefabPrefab

为了解决这个问题，对象通常带有一个额外的指针，指向由编译器生成的静态表，该表包含其每个基类的偏移量：virtual

                              Offset Table for
WeaponPrefab                  standalone WeaponPrefab
┌────────────────────┐        ┌──────────────────────┐
│   Offset Table Ptr │        │Prefab offset:      16│
│   ┌─────────┐      │        │CBaseWeapon offset: 24│
│   │         ├──────┼───────►│CBaseEntity offset: 40│
│   └─────────┘      │        └──────────────────────┘
│   char[8]          │
│   ┌─────────┐      │
│   │ words   │      │
│   └─────────┘      │
│ Prefab             │        Offset Table for
│ ┌────────────────┐ │        Prefab in WeaponPrefab
│ │Offset Table Ptr│ │        ┌──────────────────────┐
│ │  ┌─────────┐   │ │        │CBaseEntity offset: 24│
│ │  │         ├───┼─┼───────►│                      │
│ │  └─────────┘   │ │        └──────────────────────┘
│ └────────────────┘ │
│ CBaseWeapon        │        Offset Table for
│ ┌────────────────┐ │        CBaseWeapon in WeaponPrefab
│ │Offset Table Ptr│ │        ┌──────────────────────┐
│ │  ┌─────────┐   │ │        │CBaseEntity offset: 16│
│ │  │         ├───┼─┼───────►│                      │
│ │  └─────────┘   │ │        └──────────────────────┘
│ │  double        │ │
│ │  ┌─────────┐   │ │
│ │  │ m_flvar │   │ │
│ │  └─────────┘   │ │
│ └────────────────┘ │
│ CBaseEntity        │
│ ┌────────────────┐ │
│ │  int64_t       │ │
│ │  ┌─────────┐   │ │
│ │  │ m_ivar  │   │ │
│ │  └─────────┘   │ │
│ └────────────────┘ │
└────────────────────┘

请注意，这并不完全准确。由于没有数据成员，GCC 实际上避免给它自己的偏移表，而是让它共享 的表和指针。此图是 GCC 在至少有一个数据成员的情况下如何布置对象。PrefabWeaponPrefabPrefab

与每个实例中 vptr（vtable 指针的缩写）和 vtable 的布局规则不同，对于 SI（单继承）来说，这些规则非常简单 （1），这里的规则非常复杂，虽然我愿意非常详细地讨论这些规则，但我认为它可能有点无聊 - 如果请求只是简单的，则完全无关紧要： 我可以保持与非虚拟继承相同的布局（和 ABI）吗？

虚拟继承的规则比简单的非虚拟继承的规则更复杂，因为虚拟对于成员函数和基类来说意味着基本相同的东西 （2）：它增加了一定程度的灵活性，即改变行为的潜力，正如派生类中的“覆盖”（3） 断言 （4） 所允许的那样。

但是虚拟继承会覆盖基类继承，因此它会影响数据布局，这与虚拟函数覆盖不同！

与往常一样，这种灵活性是通过添加间接级别来实现的。可以通过以下任一方式完成：

• 基类子对象内另一个对象片段的内部指针;
• 表示该片段相对位置的偏移量;
• 或者将 vptr 转换为具有所有基类子对象（另一个给定类的子对象）依赖的、与实例无关的信息的 vtable：该信息取决于我们所处的特定基类子对象（由最派生对象的完整继承路径 （5） 指定），而不是特定实例（完整对象的所有特定基具有相同的相对位置）。

最新的选择是最节省空间的：基类子对象最多一个指针，通常更少（问题太复杂，无法讨论何时引入另一个 vptr，除非您希望我提供详细信息 （6））。

笔记

（1） 如果排除析构函数调用与删除运算符、运算符和幂（类指针或无效指针）等问题，即使是微不足道的。typeiddynamic_cast

（2）我知道很多作者解释说，虚拟关键字在这里被重载了两个完全不相关的目的，但我不同意。

（3） overriding 这个词通常不用于虚拟基础：我们通常不会将虚拟继承定义为对另一个继承的覆盖，但这样说与虚拟函数覆盖的类比是合适的。

（4） 因为基类继承不是在派生类中“声明”的，也不是声明，所以我在这里使用“断言”;语法 “asserts” 表示是公共基础，就像 “asserts” 表示虚拟成员函数一样。: public Base: public BaseBasevirtual void foo();foo()

（5） 完整的继承路径提到了到达特定间接基所需的每个直接基数，例如 .只有使用这样的路径，您才能在所有情况下明确指定基类子对象。(7)MostDerived::Derived2::Derived1::Base

派生到基指针的转换仅在允许的完整路径方面指定：仅当可以找到一个这样的路径时，才能将指针转换为基类型（并且通过虚拟继承，可以存在许多等效的此类路径）。

（6）如果你愿意，我可以添加很多细节;这是一个承诺 - 或者如果你害怕精细的 ABI 细节，就是一个威胁......

（7）值得注意的是，早期版本的C++标准没有对这种路径进行认真的解释，这是C++的基本继承概念，尤其是在处理多重继承时。

它被完全隐含地留给直觉读者推断：解码标准是批判性思维和直觉的练习。如果你坚持黑白的字母和规则，你经常会错过整个想法并弄错东西！但是，这种直觉阅读只有在接受严肃的C++技能教育时才能奏效。