C++類物件大小的計算(三)含有虛擬函式、虛繼承類大小計算
在前一篇文章《C++類物件大小的計算(二)含有虛擬函式類大小計算》的基礎上，我們來討論如果包含虛擬函式時，對類物件大小的影響。
以下記憶體測試環境為Win7+VS2012，作業系統為32位
六、當類中含有虛繼承情況時
1. 派生類物件中會新增一個指標，該指標指向虛繼承的基類，稱為虛類指標(cPtr)。每一個指標只指向其中一個虛繼承的類，也就是說，虛繼承了幾個類，就會有幾個cPtr。
2. 父類當中的成員變數、虛擬函式指標(vPtr)、虛類指標(cPtr)仍然會被複制到派生類當中。但在不同繼承模式下，vPtr和cPtr的效果是不同的。
vPtr：普通繼承時，子類當中如果有虛擬函式，會直接在父類的虛擬函式表中新增或者替換相應的選項；虛繼承時，vPtr指向的基類虛表不可以再增加了；如果在派生類新增虛擬函式，分為三種情況：
情況一：虛擬函式名稱與父類當中的某個虛擬函式名相同，且派生類含有建構函式，會在結構體中產生一個和虛基類有關的vtordisp指標，該指標作用暫未知。
情況二：虛擬函式名稱與父類當中的某個虛擬函式名相同，且派生類不含建構函式，會直接修改基類虛擬函式表，類大小不變。
情況三：虛擬函式名稱與父類當中的任何一個虛擬函式都不同，需要重新新增一個vPtr，重新產生一個虛擬函式表，大小就會增加。
cPtr：假設子類D同時繼承了父類B和父類C，兩個父類都虛繼承了類A（A是無任何虛繼承的類），根據子類D對B、C繼承方式的不同，其cPtr的個數也是不同的
(1). 父類B、C都是普通繼承。這種情況下有兩個cPtr，分別是從父類B和父類C中繼承過來的，且指向虛繼承的A。
(2). 父類C是虛繼承，B是普通繼承時(或相反情況)。普通繼承父類B時已經繼承過A(有了一個cPtr)，因此在虛繼承父類C時，父類C虛繼承的類A就不會再次繼承，因此不會有第二個cPtr指向A。虛繼承父類C也會產生一個cPtr。因此，此種情況下有兩個cPtr。
(3). 父類B、C都是虛繼承。此時指向類A的cPtr仍然只有一個，另外有兩個cPtr指向父類B、C，所以一共有三個cPtr。
下面以幾個例子來理解一下上面所說內容：
情況一：類B虛繼承類A，類C虛繼承類A，類D普通繼承類B、C，各類中均不包含虛擬函式
#include <iostream>
using namespace std;
class A {
public:
A(int x=0) {
cout<<"A"<<x<<endl;
}
};
class B : virtual public A {
public:
B(int x=0) {
cout<<"B"<<x<<endl;
}
};
class C : virtual public A {
public:
C() {
cout<<"C"<<endl;
}
};
class D : public B, public C {
public:
D() {
cout<<"D"<<endl;
}
};
int main() {
A a;
B b;
C c;
D d;
cout<<"size of a:"<<sizeof(a)<<endl;
cout<<"size of b:"<<sizeof(b)<<endl;
cout<<"size of c:"<<sizeof(c)<<endl;
cout<<"size of d:"<<sizeof(d)<<endl;
return 0;
}VS類結構圖：
執行結果為：
類B、C虛繼承了類A，因此都擁有一個cPtr(類圖中用vbptr表示)，因此大小為4。類D普通繼承了B、C，因此複製了兩者的cPtr(都指向類A)，大小為8。
情況二：類B虛繼承類A，類C普通繼承類A，類A、B、C中都包含有虛擬函式
#include <iostream>
using namespace std;
class A {
public:
A(int x=0) {
cout<<"A"<<x<<endl;
}
virtual void printA() {
cout<<"Hello A"<<endl;
}
};
class B :virtual public A {
public:
B(int x=0) {
cout<<"B"<<x<<endl;
}
virtual void printA() {
cout<<"Hello A"<<endl;
}
};
class C : public A {
public:
C() {
cout<<"C"<<endl;
}
virtual void printA() {
cout<<"Hello A"<<endl;
}
};
int main() {
A a;
B b;
C c;
cout<<"size of a:"<<sizeof(a)<<endl;
cout<<"size of b:"<<sizeof(b)<<endl;
cout<<"size of c:"<<sizeof(c)<<endl;
return 0;
}VS類結構圖：
執行結果為：
類A當中因為有虛擬函式，存在一個vPtr，因此結果為4。類B複製了類A的vPtr和虛擬函式表，產生了指向類A的cPtr；因為是類B是虛繼承了類A，且類B當中又有與類A中同名的虛擬函式，因此根據vPtr情況一所示，也就有了一個新的vtordisp指標；共三個指標，因此大小為12。類C是普通繼承類A，複製了類A的虛擬函式表和vPtr，它的虛擬函式也就新增在了這個虛擬函式表中，因此也只有一個指標，大小為4。
情況三：類A為空類；類B、C都虛繼承了類A；類D普通繼承了類B、C；類E普通繼承了類B，虛繼承了類C；類F虛繼承了類B、C，所有類均沒有虛擬函式
#include <iostream>
using namespace std;
class A {
public:
A(int x=0) {
cout<<"A"<<x<<endl;
}
};
class B :virtual public A {
public:
B(int x=0) {
cout<<"B"<<x<<endl;
}
};
class C :virtual public A {
public:
C() {
cout<<"C"<<endl;
}
};
class D : public C, public B {
public:
D() {
cout<<"D"<<endl;
}
};
class E :virtual public C, public B {
public:
E() {
cout<<"E"<<endl;
}
};
class F :virtual public C, virtual public B {
public:
F() {
cout<<"F"<<endl;
}
};
int main() {
A a;
B b;
C c;
D d;
E e;
F f;
cout<<"size of a:"<<sizeof(a)<<endl;
cout<<"size of b:"<<sizeof(b)<<endl;
cout<<"size of c:"<<sizeof(c)<<endl;
cout<<"size of d:"<<sizeof(d)<<endl;
cout<<"size of e:"<<sizeof(e)<<endl;
cout<<"size of f:"<<sizeof(f)<<endl;
return 0;
}VS類結構圖：
執行結果為：
類A、B、C的大小不做過多討論；類D直接複製了類B和C當中指向類A的cPtr，因此是兩個指標，大小為8；類E中複製了類B當中指向類A的cPtr，繼承類C時因為虛繼承關係不會再一次繼承類A，只會產生一個指向類C的cPtr，因此只有兩個指標， 大小為8；類F除了類E中的兩個指標外，又產生了指向類B的cPtr，一共三個指標，大小為12。
情況四：情況三包含虛擬函式時
#include <iostream>
using namespace std;
class A {
public:
A(int x=0) {
cout<<"A"<<x<<endl;
}
virtual void printA() {
cout<<"Hello A"<<endl;
}
};
class B :virtual public A {
public:
B(int x=0) {
cout<<"B"<<x<<endl;
}
virtual void printB() {
cout<<"Hello B"<<endl;
}
};
class C :virtual public A {
public:
C() {
cout<<"C"<<endl;
}
virtual void printC() {
cout<<"Hello C"<<endl;
}
};
class D : public C, public B {
public:
D() {
cout<<"D"<<endl;
}
virtual void printD() {
cout<<"Hello D"<<endl;
}
};
class E :virtual public C, public B {
public:
E() {
cout<<"E"<<endl;
}
virtual void printE() {
cout<<"Hello E"<<endl;
}
};
class F :virtual public C, virtual public B {
public:
F() {
cout<<"F"<<endl;
}
virtual void printF() {
cout<<"Hello F"<<endl;
}
};
int main() {
A a;
B b;
C c;
D d;
E e;
F f;
cout<<"size of a:"<<sizeof(a)<<endl;
cout<<"size of b:"<<sizeof(b)<<endl;
cout<<"size of c:"<<sizeof(c)<<endl;
cout<<"size of d:"<<sizeof(d)<<endl;
cout<<"size of e:"<<sizeof(e)<<endl;
cout<<"size of f:"<<sizeof(f)<<endl;
return 0;
}VS類結構圖：
執行結果為：
類B、C都複製了類A的vPtr，但由於都是虛繼承類A且他們當中的虛擬函式與類A中虛擬函式不同名，因此需要重新產生新的vPtr和虛擬函式表，加上各自的cPtr，都有三個指標，大小為12。類D和類E當中都有普通繼承，因此不需要產生新的vPtr。按照前面分析，類D中包含兩個指向類A的cPtr，三個vPtr(分別指向類A、類B、類C的，類D虛擬函式放在了類B或類C的vPtr指向的虛擬函式表中)；類E中包含cPtr，分別指向類A、類C，三個vPtr(分別為類A、類B、類C的，類E的虛擬函式放在了類B的vPtr指向的虛擬函式表中)；類F中包括三個cPtr(分別指向類A，類B，類C)，四個vPtr(分別為類A，類B，類C，還有因為類F中虛擬函式而新建立的)，共七個指標，大小為28。 至此，所有關於windows下C++類大小的分析已經全部寫完，需要特別注意的是，以上所有結果都是在用微軟的C++編譯器得到的，經實際測試，相同程式碼在Linux系統下用g++編譯過後會得到完全不同的結果。因此，微軟C++編譯器對類的處理並不是完全按照C++標準來的。 由於C++是一門很複雜的語言，其中的規則很多，細節也很多。這三篇部落格中寫的內容定有不妥之處，歡迎各位指正。