C++虚继承实现原理——解决菱形继承问题

男娘i 2022-04-17 01:42 184阅读 0赞

首先给出以下继承关系，以便描述虚继承原理：

class AAA
    {
    public:
    	int age;
    };
    
    class BBB:virtual public AAA//变为虚继承，A变为虚基类
    {
    };
    
    class CCC:virtual public AAA
    {
    };
    
    class DDD:public BBB, public CCC
    {
    };

命令格式如下：  
**cl –d1reportSingleClassLayout\[classname\] xxx.cpp**

*  classname 为类名，－d1reportSingleClassLayout\[classname\] 之间没有空格。
 *  xxx.cpp为源代码文件名

通过vs中的开发人员命令提示窗口得到类的内存布局：class DDD中左边的数字代表偏移量，vpter(virtual base table pointer)是**虚基类表指针**，指向的是虚基类表的表头；vbtable(virtual base table)是**虚基类表**，类中保存的父类指针指向了虚基类表中的表头(指针)，而对这个表头+1进行寻址操作即可得到虚基类表中所记录的偏移量。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlbGxvX015RHJlYW0_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

一.以下代码为通过BBB的虚基类指针得到此指针位置相对于成员变量age的偏移量，并根据偏移量计算出对应成员变量age的值。

DDD d;
    d.age = 10;
    cout << *((int *)*(int **)&d + 1) << endl;//8
    cout << ((AAA *)((char *)&d + *((int *)*(int **)&d + 1)))->age << endl;//10
    cout << *(int *)((char *)&d + *((int *)*(int **)&d + 1)) << endl;//10

1.  目的：的到虚基类表中所记录的vbptr指针相对于父类成员(age)的偏移量。
2.  先取得最低派生类的地址，强转为int\*\*类型，即只取四个字节的地址，得到的便是vbptr指针的地址。
3.  再对这个指针寻址\*，得到的便是 在Sheep虚基类表中指向表头的一级指针，此时将这个指针强转为 int\*类型再加+1，使其指向虚基类表中记录的偏移量，再对这个指针进行寻址，得到的就是偏移量的值了。
4.  得到偏移量后，使用BBB的vbptr指针的起始位置加上这个偏移量，然后强转为AAA\*类型，然后再次进行指向操作，便可以得到age的值了。
5.  当然还可以对找到的成员变量age的地址直接解引用得到age的值。

需要注意的是：这里只能将地址转为AAA\*类型做指向操作，BBB、CCC、DDD均不可以，因为内存结构都不相同。只有AAA是在首地址位置就就代表了成员变量age，而BBB、CCC则是保存的vbptr，DDD保存的是两个vbptr指针与一个age变量(当然这个变量也是它们的顶级父类AAA的)。

二.通过CCC的虚基类指针得到此指针位置相对于成员变量age的偏移量，并根据偏移量计算出对应成员变量age的值。

cout << *((int *)*(int **)((int **)&d + 1) + 1) << endl;//4
    cout << (  (AAA *) ((char *)((int *)&d + 1) + *((int *)*(int **)((int **)&d + 1) + 1))  )->age << endl;//10
    cout << *(int *)( ((char *)((int *)&d + 1) + *((int *)*(int **)((int **)&d + 1) + 1)) )<< endl;

1.  目的：通过Tuo的虚基类指针得到此指针对于age的偏移量。
2.  还是&d，然后再转为int\*\*类型，此时要先+1得到Tuo的vbptr指针，之后再转为int\*\*类型进行寻址，得到Tuo虚基类表中指向表头的一级指针，之后再转为int类型，再次寻址，得到偏移量4。
3.  强转为AAA\*类型指向age。
4.  将地址转为int\*类型解引用。

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