
在C++中,对象的内存布局受继承方式影响显著。理解单继承、多重继承和虚继承的内存模型,有助于掌握对象大小、成员访问效率以及虚函数调用机制。
单继承的内存布局
在单继承中,派生类对象通常按声明顺序依次排列基类和派生类的成员变量。如果基类含有虚函数,对象前部会包含一个指向虚函数表(vtable)的指针(vptr)。
基类的成员变量排在前面,接着是派生类新增的成员。 若基类有虚函数,派生类会继承并扩展虚函数表。 派生类对象的起始地址与基类子对象地址一致,支持安全的向上转型。例如:class Derived : public Base,Derived对象内存中Base部分位于最前。
多重继承的内存布局
当一个类继承多个基类时,各基类子对象按继承顺序依次排列在派生类对象中。
每个带有虚函数的基类都会引入自己的虚函数表指针(vptr)。 派生类对象中可能包含多个vptr,分别对应不同基类的虚表。 基类指针指向派生类对象时,需进行地址调整,以指向对应基类子对象。例如:class D : public B1, public B2,则B1子对象在前,B2次之,可能存在两次地址偏移。
虚继承的内存布局
虚继承用于解决菱形继承中的重复基类问题。通过虚继承,最终派生类只保留一份公共基类实例。
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编译器会引入额外的指针(vbptr)来指向虚基类子对象的位置。 虚基类的成员变量通常被移到派生类对象的末尾,避免重复。 访问虚基类成员需要通过间接寻址,性能略低于普通继承。例如:A为虚基类,B和C虚继承A,D继承B和C,则D中只有一个A实例,位置由vbptr定位。
关键点总结
不同的继承方式直接影响对象内存结构:
单继承布局最简单,支持直接访问和高效转型。 多重继承可能导致多个vptr和地址调整开销。 虚继承引入间接层,确保共享基类唯一性,但增加复杂性和访问成本。
基本上就这些,实际布局依赖编译器实现,可通过sizeof、取地址和调试工具观察验证。
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