C++类内存分布
我们来看看编译器是怎么处理类成员内存分布的，特别是在继承、虚函数存在的情况下。工欲善其事，必先利其器，我们先用好Visual Studio工具，像下面这样一步一步来：
先选择左侧的C/C++->命令行，然后在其他选项这里写上/d1 reportAllClassLayout，它可以看到所有相关类的内存布局，如果写上/d1 reportSingleClassLayoutXXX（XXX为类名），则只会打出指定类XXX的内存布局。近期的VS版本都支持这样配置。下面可以定义一个类，像下面这样：
class Base { int a; int b; public: void CommonFunction(); };
然后编译一下，可以看到输出框里面有这样的排布：
这里不想花精力在内存对齐因素上，所以成员变量都设为int型。从这里可以看到普通类的排布方式，成员变量依据声明的顺序进行排列（类内偏移为0开始），成员函数不占内存空间。
再看下继承，往后面添加如下代码：
class DerivedClass: public Base { int c; public: void DerivedCommonFunction(); };
编译，然后看到如下的内存分布（父类的内存分布不变，这里只讨论子类成员变量的内存分布）：
可以看到子类继承了父类的成员变量，在内存排布上，先是排布了父类的成员变量，接着排布子类的成员变量，同样，成员函数不占字节。
下面给基类加上虚函数，暂时注释掉DerivedClass，看一下这时的内存排布：
class Base { int a; int b; public: void CommonFunction(); void virtual VirtualFunction(); };
这个内存结构图分成了两个部分，上面是内存分布，下面是虚表，我们逐个看。VS所带编译器是把虚表指针放在了内存的开始处（0地址偏移），然后再是成员变量；下面生成了虚表，紧跟在&Base1_meta后面的0表示，这张虚表对应的虚指针在内存中的分布，下面列出了虚函数，左侧的0是这个虚函数的序号，这里只有一个虚函数，所以只有一项，如果有多个虚函数，会有序号为1，为2的虚函数列出来。
class DerivedClass: public Base { int c; public: void DerivedCommonFunction(); void virtual VirtualFunction(); };
可以看到子类内存的排布如下：
上半部是内存分布，可以看到，虚表指针被继承了，且仍位于内存排布的起始处，下面是父类的成员变量a和b，最后是子类的成员变量c，注意虚表指针只有一个，子类并没有再生成虚表指针了；下半部的虚表情况与父类是一样的。
我们把子类换个代码，像这样：
class DerivedClass1 : public Base { int c; public: void DerivedCommonFunction(); void virtual VirtualFunction2(); };
注意到这时我们并没有覆写父类的虚方法，而是重声明了一个新的子类虚方法，内存分布如下：
还是只有一个虚表指针，但是下方虚表的内容变化了，虚表的0号是父类的VirtualFunction，而1号放的是子类的VirtualFunction2。也就是说，如果定义了DerivedClass的对象，那么在构造时，虚表指针就会指向这个虚表，以后如果调用的是VirtualFunction，那么会从父类中寻找对应的虚函数，如果调用的是VirtualFunction2，那么会从子类中寻找对应的虚函数。
我们再改造一下子类，像这样：
class DerivedClass1 : public Base { int c; public: void DerivedCommonFunction(); void virtual VirtualFunction(); void virtual VirtualFunction2(); };
我们既覆写父类的虚函数，也有新添的虚函数，那么可以料想的到，是下面的这种内存分布：
下面来讨论多重继承，代码如下：
class Base
{
int a;
int b;
public:
void CommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
};
class DerivedClass1: public Base
{
int c;
public:
void DerivedCommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
};
class DerivedClass2 : public Base
{
int d;
public:
void DerivedCommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
};
class DerivedDerivedClass : public DerivedClass1, public DerivedClass2
{
int e;
public:
void DerivedDerivedCommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
};
内存分布从父类到子类，依次如下：
Base中有一个虚表指针，地址偏移为0
DerivedClass1继承了Base，内存排布是先父类后子类。
DerivedClass2的情况是类似于DerivedClass1的。
下面我们重点看看这个类DerivedDerivedClass，由外向内看，它并列地排布着继承而来的两个父类DerivedClass1与DerivedClass2，还有自身的成员变量e。DerivedClass1包含了它的成员变量c，以及Base，Base有一个0地址偏移的虚表指针，然后是成员变量a和b；DerivedClass2的内存排布类似于DerivedClass1，注意到DerivedClass2里面竟然也有一份Base。
这里有两份虚表了，分别针对 DerivedClass1 与 DerivedClass2 ，在 &DerivedDericedClass_meta 下方的数字是首地址偏移量，靠下面的虚表的那个 -16 表示指向这个虚表的虚指针的内存偏移，这正是 DerivedClass2 中的 {vfptr} 在 DerivedDerivedClass 的内存偏移。
如果采用虚继承，像下面这样：
class DerivedClass1: virtual public Base
{
int c;
public:
void DerivedCommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
};
class DerivedClass2 : virtual public Base
{
int d;
public:
void DerivedCommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
};
class DerivedDerivedClass : public DerivedClass1, public DerivedClass2
{
int e;
public:
void DerivedDerivedCommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
};
Base类没有变化，但往下看：
DerivedClass1就已经有变化了，原来是先排虚表指针与Base成员变量，vfptr位于0地址偏移处；但现在有两个虚表指针了，一个是vbptr，另一个是vfptr。vbptr是这个DerivedClass1对应的虚表指针，它指向DerivedClass1的虚表vbtable，另一个vfptr是虚基类表对应的虚指针，它指向vftable。
下面列出了两张虚表，第一张表是vbptr指向的表，8表示{vbptr}与{vfptr}的偏移；第二张表是vfptr指向的表，-8指明了这张表所对应的虚指针位于内存的偏移量。
DerivedClass2的内存分布类似于DerivedClass1，同样会有两个虚指针，分别指向两张虚表（第二张是虚基类表）。
下面来仔细看一下DerivedDerivedClass的内存分布，这里面有三个虚指针了，但base却只有一份。第一张虚表是内含DerivedClass1的，20表示它的虚指针{vbptr}离虚基表指针{vfptr}的距离，第二张虚表是内含DerivedClass2的，12表示它的虚指针{vbptr}离虚基表指针{vfptr}的距离，最后一张表是虚基表，-20指明了它对应的虚指针{vfptr}在内存中的偏移。
虚继承的作用是减少了对基类的重复，代价是增加了虚表指针的负担（更多的虚表指针）。
下面总结一下（当基类有虚函数时）：
1. 每个类都有虚指针和虚表；
2. 如果不是虚继承，那么子类将父类的虚指针继承下来，并指向自身的虚表（发生在对象构造时）。有多少个虚函数，虚表里面的项就会有多少。多重继承时，可能存在多个的基类虚表与虚指针；
3. 如果是虚继承，那么子类会有两份虚指针，一份指向自己的虚表，另一份指向虚基表，多重继承时虚基表与虚基表指针有且只有一份。
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