虚拟继承中派生类的大小

Posted 2023-02-21

【中文标题】虚拟继承中派生类的大小

【英文标题】：size of derived class in virtual inheritance

【发布时间】：2013-02-26 10:09:42

【问题描述】：

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
using namespace std;

class ClassA

    protected:
       int width, height;
    public:
       void set_values(int x, int y)
       
         width = x;
         height = y;
       
;

class ClassB : virtual public ClassA

   //12(int + int + vptr)
;

class ClassC : virtual public ClassA

  //12(int + int + vptr)
;

class ClassD : public ClassB, public ClassC

;

int main()

  ClassA A;
  ClassB B;
  ClassC C;
  ClassD D;
  cout << "size = " << sizeof(A) << endl;
  cout << "size = " << sizeof(B) << endl;
  cout << "size = " << sizeof(C) << endl;
  cout << "size = " << sizeof(D) << endl;
  return 0;

我得到的输出是：

size of ClassA = 8
size of ClassB = 12
size of ClassC = 12
size of ClassD = 16

在上面的代码中，为什么 ClassD 的输出是 16。请清楚地解释一下这个虚拟继承是如何工作的。

【问题讨论】：

这取决于实现。无论如何，您为什么要依靠大小来确定特定的东西？如果您需要尺寸，只需使用sizeof，它会返回适当的尺寸。出于理论目的知道这一点很好，但这绝对没有实际应用。

int + int + 2 * vptr?

只是为了了解这个虚拟继承。根据我的说法，ClassD 的大小应该是 24 字节，即 (int + int + vptr) + (int + int + vptr) = 24 bytes 。所以我很困惑这是如何工作的所以问..

@Jon：虽然这里没有虚函数，所以应该不需要任何 vptrs，AFAICS。

@OliCharlesworth 需要 vtable 才能定位 ClassA 子对象。

【参考方案1】：

虚拟继承意味着虚拟基类只存在一次，而不是多次。这就是为什么来自ClassA 的8 个字节只在ClassD 中出现一次。虚拟继承本身需要一定的开销，因此您会得到一个额外的指针。 C++ 标准没有指定确切的实现以及因此的确切开销，并且可能会根据您创建的层次结构而有所不同。

【讨论】：

"12 个字节来自" 你的意思是 8 个字节吗？

【参考方案2】：

当 ClassD 继承 ClassB 和 ClassC 时，将有两个 vptr（一个来自 B，一个来自 C）。 Scott Meyers 的“更有效的 C++”第 24 条（各种语言特性的成本）中描述了这种确切的情况。

【参考方案3】：

虚拟基类实现

虚拟基类与虚拟函数完全一样：它们的地址（或相对地址，也就是偏移量）在编译时是未知的：

void f(ClassB *pb) 
    ClassA *pa = pb;

这里编译器必须计算ClassA 基本子对象与ClassB 子对象（或主要是派生对象）的偏移量。一些编译器只是在ClassB 中有一个指向它的指针；其他人使用 vtable，就像虚拟功能一样。

在这两种情况下，ClassB 的开销都是一个指针。

ClassC 类似，但 vptr 将指向 ClassC vtable，而不是 ClassB vtable。

因此，ClassD 对象将包含（这不是有序列表）：

单个ClassA 子对象 ClassB 主题 ClassC 主题

所以ClassD 有两个继承的vptr：来自ClassB 和ClassC。在ClassD 对象中，两个vptr 都将指向一些 ClassD vtable，但相同的ClassD vtable：

ClassB 主题指向 ClassB-in-ClassD vtable，表示 ClassA base 与 ClassB base 的相对位置 一个ClassC主题指向ClassC-in-ClassD vtable，表示ClassAbase与ClassCbase的相对位置

可能的优化

我猜你的问题是：我们需要两个不同的 vptr 吗？

从技术上讲，有时可以通过覆盖基类子对象来优化类的大小。这是技术上可行的情况之一：

重叠（或统一）意味着ClassB 和ClassC 将共享相同的vptr：给定d 一个ClassD 的实例： &d.ClassB::vptr == &d.ClassC::vptr 所以d.ClassB::vptr == d.ClassC::vptr 但d.ClassB::vptr == &ClassC_in_ClassD_vtable 和d.ClassC::vptr == &ClassC_in_ClassD_vtable，所以ClassB_in_ClassD_vtable 必须与ClassC_in_ClassD_vtable 统一。在这种特殊情况下，ClassB_in_ClassD_vtable 和ClassC_in_ClassD_vtable 都只用于描述ClassA 子对象的偏移量；如果ClassB 和ClassC 子对象在ClassD 中统一，那么这些偏移量也是统一的，因此vtable 的统一是可能的。

请注意，这仅在此处是可能的，因为它们完全相似。如果 ClassB 和 ClassC 被修改为在每个中添加一个虚函数，例如这些虚函数不等价（因此不可统一），则 vtable 统一是不可能的。

结论

这种优化只有在像这样的非常简单的情况下才有可能。这些情况不是 C++ 编程的典型情况：人们通常将虚拟基类与虚拟函数结合使用。空基类优化很有用，因为许多 C++ 习惯用法使用没有数据成员或虚函数的基类。 OTOH，针对虚拟基类的特殊用途的微小（一个 vptr）空间优化似乎对现实世界的程序没有用。