关于虚拟继承类的大小问题探索，VC++ 和 G++ 结果是有区别的

时间：2021-06-03 14:30:32

昨天笔试遇到个 关于类占用的空间大小的问题，以前没怎么重视，回来做个试验，还真发现了问题，以后各位笔试考官门，出题时请注明是用什么编译器。

vc6/vc8 cl 和 Dev-C 的g++ 来做的测试:

上代码，

测试代码：

#include <stdio.h>
class A
{
public:
 int x;
  int y;
 A()
 {
  x = 1;
     y = 2;
 };
 void go()
 {
  printf("A go()\n");
 }
    virtual void move() 
 {
  printf ("A Move()\n");
 }
};

class  B: virtual public A
{
public:
 int x;
 int y;
 B()
 {
  x = 3;
  y = 4;
 }
 void go()
 {
  printf("B go()\n");
 }
 virtual void move()
 {
  printf ("B Move()\n");
 }
 virtual void move2()
 {
  printf ("B Move2()\n");
 }
};

class C: public A
{
public:
 int x;
 int y;
 C()
 {
  x = 5;
  y = 6;
 }
 /*
 virtual void move()
 {
  printf ("C Move()\n");
 }
 virtual void move3()
 {
  printf ("C Move2()\n");
 }
 */
};

class D:virtual public C,virtual public B
{

};

void PrintClass(void * Base,int size)
{
 //打印结构体系
 DWORD  p, pNext;
 printf("--------size= %d------------------\n",size);
 for(int i = 0;i<size/4;i++)
 {
        p = (DWORD)Base+i*4;
        pNext = *(DWORD *)(p);
  printf("   |--0x%08x    :    0x%08x ",p,pNext);  //打印类里都是些什么东西
  if(pNext>0x400000)  //打印一下此地址下的连续三个地址的内容
  {
   printf("  :0x%08x 0x%08x 0x%08x",*(DWORD *)pNext,*(DWORD *)(pNext+4),*(DWORD *)(pNext+8));
  }
  printf("\n");
 }
    printf("   |--End \n\n");
}

int main(int argc, char* argv[])
{
 void * p1,*p2,*p3,*p4;
 D dd;   //因为它继承了所有，所以用它做测试
 B * boy = &dd;   //都是父类
 C * child = &dd;

A * Man = boy;

int sizeA = sizeof(A);
 int sizeB = sizeof(B);
 int sizeC = sizeof(C);
 int sizeD = sizeof(D);

//转化成指针

p1 = (void *)Man;
 p2 = (void *)boy;
 p3 = (void *)child;
 p4 = (void *)&dd;

PrintClass(p1,sizeA);
   PrintClass(p2,sizeB);
   PrintClass(p3,sizeC);
   PrintClass(p4,sizeD);

system("pause");

return 0;
}

上VC++ 的结果 VC6 和 VS2005 是一样的 上一张图  A B C D 大小依次是 12 32 20 56

关于虚拟继承类的大小问题探索，VC++ 和 G++ 结果是有区别的

再上一张 GCC的结果图  A B C D的大小 依次为 12 24 20 48

A的虚函数表中存放的是A所有的虚函数的地址，在虚函数的地址后面存放的是距离虚基类的偏移量。A没有虚基类，所以后面存放的是0

B的虚基类表中存放的B所有的虚函数的地址，虚函数地址后面存放的是距离每个虚基类的偏移量。例如B有一个虚基类A，且B与A的偏移量是12，即结果中的0xfffffff4(-12)

C不是虚继承没有虚基类表，且C与A共享虚函数表，所以只存在虚函数表，里面存放的虚函数的地址。

D存在一个虚基类，所以存在虚基类表，由于D没有虚函数，所以虚基类表中存放的只是相对虚基类的偏移量。然后存放的是虚基类C以及C共享A的虚函数表，最后是虚基类B以及B的虚基类A的分布。

关于虚拟继承类的大小问题探索，VC++ 和 G++ 结果是有区别的

修改后的测试代码：

#include <stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<iostream>

using namespace std;

#define DWORD unsigned long

class A

    {

    public:

        int x;

        int y;

        A()

            {

            x = ;

            y = ;

            };

        void go()

            {

            printf("A go()\n");

            }

        virtual void move()

            {

            printf ("A Move()\n");

            }

    };

class  B: virtual public A

    {

    public:

        int x;

        int y;

        B()

            {

            x = ;

            y = ;

            }

        void go()

            {

            printf("B go()\n");

            }

        virtual void move()

            {

            printf ("B Move()\n");

            }

        virtual void move2()

            {

            printf ("B Move2()\n");

            }

    };

class C: public A

    {

    public:

        int x;

        int y;

        C()

            {

            x = ;

            y = ;

            }

        /*

        virtual void move()

        {

         printf ("C Move()\n");

        }

        virtual void move3()

        {

         printf ("C Move2()\n");

        }

        */

    };

class D:virtual public C,virtual public B

    {

    };

void PrintClass(void * Base,int size)

    {

    //打印结构体系

    DWORD  p, pNext;

    printf("--------size= %d------------------\n",size);

    for(int i = ; i<size/; i++)

            {

            p = (DWORD)Base+i*;

            pNext = *(DWORD *)(p);

            printf("   |--0x%08x    :    0x%08x ",p,pNext);  //打印类里都是些什么东西

            if(pNext>0x400000)  //打印一下此地址下的连续三个地址的内容

                    {

                    printf("  :0x%08x 0x%08x 0x%08x",*(DWORD *)pNext,*(DWORD *)(pNext+),*(DWORD *)(pNext+));

                    }

            printf("\n");

            }

    printf("   |--End \n\n");

    }

int main(int argc, char* argv[])

    {

    void * p1,*p2,*p3,*p4;

    D dd;   //因为它继承了所有，所以用它做测试

    B * boy = &dd;   //都是父类

    C * child = &dd;

    A * Man = boy;

    int sizeA = sizeof(A);

    int sizeB = sizeof(B);

    int sizeC = sizeof(C);

    int sizeD = sizeof(D);

    //转化成指针

    p1 = (void *)Man;

    p2 = (void *)boy;

    p3 = (void *)child;

    p4 = (void *)&dd;

    typedef void (*VFun)();

    B aa;

    int **vPtr=(int**)&aa;

    cout<<"B first virtual table address : "<<vPtr[]<<endl;

    cout<<"B::move address : "<<(int*)vPtr[][]<<endl;

    VFun pVF=VFun(vPtr[][]);

    pVF();

    cout<<"B move2 address : "<<(int*)vPtr[][]<<endl;

    pVF=VFun(vPtr[][]);

    pVF();

    cout<<"B end address : "<<(int*)vPtr[][]<<endl;

    cout<<vPtr[][]<<endl;

    cout<<"B member1 "<<vPtr[]<<endl;

    cout<<"B member2 "<<vPtr[]<<endl;

     cout<<"B second virtual table address : "<<vPtr[]<<endl;

    cout<<"A move address : "<<(int*)vPtr[][]<<endl;

    pVF=VFun(vPtr[][]);

    pVF();

    cout<<"A end address : "<<(int*)vPtr[][]<<endl;

    cout<<vPtr[][]<<endl;

    C cc;

    vPtr=(int**)&cc;

    cout<<"C first virtual table address : "<<vPtr[]<<endl;

    cout<<"A::move address : "<<(int*)vPtr[][]<<endl;

    pVF=VFun(vPtr[][]);

    pVF();

    cout<<"A end address : "<<(int*)vPtr[][]<<endl;

    cout<<vPtr[][]<<endl;

    vPtr=(int**)&dd;

    cout<<"D first virtual table address : "<<vPtr[]<<endl;

    cout<<"D end address : "<<(int*)vPtr[][]<<endl;

    cout<<vPtr[][]<<endl;

    cout<<"D end address : "<<(int*)vPtr[][]<<endl;

    cout<<vPtr[][]<<endl;

    cout<<"D second virtual table address : "<<vPtr[]<<endl;

    cout<<"C::move address : "<<(int*)vPtr[][]<<endl;

    pVF=VFun(vPtr[][]);

    pVF();

    cout<<"C end address : "<<(int*)vPtr[][]<<endl;

    cout<<vPtr[][]<<endl;

    cout<<"D member1 "<<vPtr[]<<endl;

    cout<<"D member2 "<<vPtr[]<<endl;

    cout<<"D member3 "<<vPtr[]<<endl;

    cout<<"D member4 "<<vPtr[]<<endl;

    cout<<"D third virtual table address : "<<vPtr[]<<endl;

    cout<<"B::move address : "<<(int*)vPtr[][]<<endl;

    pVF=VFun(vPtr[][]);

    pVF();

    cout<<"B::move address : "<<(int*)vPtr[][]<<endl;

    pVF=VFun(vPtr[][]);

    pVF();

    cout<<"B end address : "<<(int*)vPtr[][]<<endl;

    cout<<vPtr[][]<<endl;

    cout<<"B member1 "<<vPtr[]<<endl;

    cout<<"B member2 "<<vPtr[]<<endl;

    cout<<"D four virtual table address : "<<vPtr[]<<endl;

    cout<<"A::move address : "<<(int*)vPtr[][]<<endl;

    pVF=VFun(vPtr[][]);

    pVF();

    cout<<"A end address : "<<(int*)vPtr[][]<<endl;

    cout<<vPtr[][]<<endl;

    cout<<"A member1 "<<vPtr[]<<endl;

    cout<<"A member2 "<<vPtr[]<<endl;

    PrintClass(p1,sizeA);

    PrintClass(p2,sizeB);

    PrintClass(p3,sizeC);

    PrintClass(p4,sizeD);

    system("pause");

    return ;

    }

运行结果：

[root@localhost Inside the C++ object model]# ./vcGcc

B first virtual table address : 0x8049bcc

B::move address : 0x80496cc

B Move()

B move2 address : 0x80496f0

B Move2()

B end address : 0xfffffff4

-

B member1 0x3

B member2 0x4

B second virtual table address : 0x8049be0

A move address : 0x80496e0

B Move()

A end address : 

C first virtual table address : 0x8049bb0

A::move address : 0x8049636

A Move()

A end address : 

D first virtual table address : 0x8049b14

D end address : 

D end address : 0xfffffffc

-

D second virtual table address : 0x8049b20

C::move address : 0x8049636

A Move()

C end address : 

D member1 0x1

D member2 0x2

D member3 0x5

D member4 0x6

D third virtual table address : 0x8049b38

B::move address : 0x80496cc

B Move()

B::move address : 0x80496f0

B Move2()

B end address : 0xfffffff4

-

B member1 0x3

B member2 0x4

D four virtual table address : 0x8049b4c

A::move address : 0x80496e0

B Move()

A end address : 0x8049b14

A member1 0x1

A member2 0x2

--------size= ------------------

   |--0xbfab7034    :    0x08049b4c   :0x080496e0 0x08049b14 0x08049b20

   |--0xbfab7038    :    0x00000001

   |--0xbfab703c    :    0x00000002

   |--End 

--------size= ------------------

   |--0xbfab7028    :    0x08049b38   :0x080496cc 0x080496f0 0xfffffff4

   |--0xbfab702c    :    0x00000003

   |--0xbfab7030    :    0x00000004

   |--0xbfab7034    :    0x08049b4c   :0x080496e0 0x08049b14 0x08049b20

   |--0xbfab7038    :    0x00000001

   |--0xbfab703c    :    0x00000002

   |--End 

--------size= ------------------

   |--0xbfab7014    :    0x08049b20   :0x08049636 0x00000000 0x00000000

   |--0xbfab7018    :    0x00000001

   |--0xbfab701c    :    0x00000002

   |--0xbfab7020    :    0x00000005

   |--0xbfab7024    :    0x00000006

   |--End 

--------size= ------------------

   |--0xbfab7010    :    0x08049b14   :0x00000000 0xfffffffc 0x08049c00

   |--0xbfab7014    :    0x08049b20   :0x08049636 0x00000000 0x00000000

   |--0xbfab7018    :    0x00000001

   |--0xbfab701c    :    0x00000002

   |--0xbfab7020    :    0x00000005

   |--0xbfab7024    :    0x00000006

   |--0xbfab7028    :    0x08049b38   :0x080496cc 0x080496f0 0xfffffff4

   |--0xbfab702c    :    0x00000003

   |--0xbfab7030    :    0x00000004

   |--0xbfab7034    :    0x08049b4c   :0x080496e0 0x08049b14 0x08049b20

   |--0xbfab7038    :    0x00000001

   |--0xbfab703c    :    0x00000002

   |--End

对比 VC++ 和 G++  的结果 我们会发现

VC++ 大小依次为 : 12 32 20 56

G++ 大小依次为:    12 24 20 48

代码都是一样的 但是得到的结果 却不一样。

GCC 里的C++ 是完全遵循C++标准的  VC++的 好像不是那么血统纯正，结果出乎意料之外

分析：

先看GCC的图

对比看 A  和  C ，

A是基类 C是子类 直接继承的

A 里面有虚函数 那么一定有一个虚函数表指针 vfptr  大小为 4字节  0x00404420 就是虚函数表地址

再加上两个整型变量 4 + 4  一共大小 是 12  所以 size(A) = 12 ;

C从A那里继承 所以子成员都被继承下来了 4 + 4 再加上虚函数表指针(vfptr) + 4  然后 加上 自己的两个成员变量 4 + 4

一共是 4+4+4+4+4 = 20  ;

对比 A 和 B,

B 是虚拟继承A的 也就是会有一个虚基类表指针(vbptr) 0x40440C 就是地址

A = 12

B = 8(两变量)+4(vbptr)+A = 8 + 4 + 12 = 24 ;

我们也很容易明白

对比 A , B , C 和  D

当你看到D的结构时，我们很容易看到 D 是这么 个结构  D = [vbptr] + [C] +[B] 的

因为 D 从 B C那里虚拟继承下来 所以继承了他们已有的变量和虚函数表

所以 D = 4 + C + B = 4 +20 + 24 = 48

好了G++的分析完了 ，如果觉得有错误，请指正。

按照这个道理来讲，是完全没问题的，我们计算一个类的大小就可以如此。

从上面图中我们可以看到 他们的虚函数表和虚基类表指针都会被当做共享继承下来，不知道我说的对不对,希望能得到高人指点

再来看看 VC++

VC++就会让人很蛋疼 毕竟它出来的是 C++标准好像它还不兼容，完全是微软的那一套吧(自己猜测)

我们看看 VC++出来的 结果  12 32 20 56  对比 G++的 B 和 D的 不一样

那就仔细看看 B 和 D 发现了点怪问题

大家可以自己看看 发现问题没有 可能我这种方式不太对 但是 对比D和 C 我们也能发现点 什么

Ｄ= 4+ B + C 的 也就是说  它虚拟继承下来 但是 发现其中有一个地址 竟然里面是 0x00000000, 不知道是什么原因，

有兴趣可以分析下原因。 虽然最终实现的效果都是一样的。

总结： 看来 GCC 要纯正些 跟书上讲的一样的 但是VC++ 好像有点问题，并不是书上讲的那样，以后考官出题还是要以GCC为标准啊，VC++是个半调子啊

最后 我还在测试里 加入了 测试代码

Man->move();
   boy->move();
   child->move();

VC++的输出结果是 :

B Move()
B Move()
C Move()

GCC输出的结果是:

B Move()
B Move()
C Move()

输出是一样的 说明他们达到的效果是一样的，但是数据结构却有着差别

有兴趣的同学可以研究下，这里也提醒下 各大公司的考官们，出题的时候 要提示是什么编译器 或者是  C++标准 。

C++虚继承内存对象模型探讨

最近看了下Inside C++里面讲的对虚继承层次的对象的内存布局，发现在不同编译器实现有所区别。因此，自己动手探索了一下。结果如下：

首先，说说GCC的编译器.

它实现比较简单，不管是否虚继承，GCC都是将虚表指针在整个继承关系*享的，不共享的是指向虚基类的指针。

class A {

int a;

virtual ~A(){}

};

class B:virtual public A{

virtual ~B(){}

virtual void myfunB(){}

};

class C:virtual public A{

virtual ~C(){}

virtual void myfunC(){}

};

class D:public B,public C{

virtual ~D(){}

virtual void myfunD(){}

};

以上代码中 sizeof(A)=8,sizeof(B)=12,sizeof(C)=12,sizeof(D)=16.

解释：A中int+虚表指针。B，C中由于是虚继承因此大小为A+指向虚基类的指针，B,C虽然加入了自己的虚函数，但是虚表指针是和基类共享的，因此不会有自己的虚表指针。D由于B,C都是虚继承，因此D只包含一个A的副本，于是D大小就等于A+B中的指向虚基类的指针+C中的指向虚基类的指针。

如果B,C不是虚继承，而是普通继承的话，那么A,B,C的大小都是8(没有指向虚基类的指针了)，而D由于不是虚继承，因此包含两个A副本，大小为16. 注意此时虽然D的大小和虚继承一样，但是内存布局却不同。

然后，来看看VC的编译器

vc对虚表指针的处理比GCC复杂，它根据是否为虚继承来判断是否在继承关系*享虚表指针，而对指向虚基类的指针和GCC一样是不共享，当然也不可能共享。

代码同上。

运行结果将会是sizeof(A)=8,sizeof(B)=16,sizeof(C)=16,sizeof(D)=24.

解释：A中依然是int+虚表指针。B，C中由于是虚继承因此虚表指针不共享，由于B,C加入了自己的虚函数，所以B,C分别自己维护一个虚表指针，它指向自己的虚函数。（注意：只有子类有新的虚函数时，编译器才会在子类中添加虚表指针）因此B,C大小为A+自己的虚表指针+指向虚基类的指针。D由于B,C都是虚继承，因此D只包含一个A的副本，同时D是从B,C普通继承的，而不是虚继承的，因此没有自己的虚表指针。于是D大小就等于A+B的虚表指针+C的虚表指针+B中的指向虚基类的指针+C中的指向虚基类的指针。

同样，如果去掉虚继承，结果将和GCC结果一样，A,B,C都是8，D为16，原因就是VC的编译器对于非虚继承，父类和子类是共享虚表指针的。

相关文章