面试题：C++虚继承下的内存布局

Question

假设有一个类继承体系，基类A，中间类B和C虚继承自A，最终类D继承自B和C。请描述类D对象的内存布局是怎样的，并且说明虚继承如何影响内存布局，同时写出对应的简单代码示例。

Answer 1

1. 类D对象的内存布局：
   • 首先是B类的部分，包含B类自己的数据成员（如果有），以及指向虚基类A子对象的虚基表指针（如果有虚继承相关的数据结构）。
   • 接着是C类的部分，包含C类自己的数据成员（如果有），以及指向虚基类A子对象的虚基表指针（因为C也虚继承自A）。
   • 最后是D类自己的数据成员（如果有）。虚基类A的子对象在内存中只会有一份，通常在D对象内存布局的最后部分（不同编译器实现可能略有差异）。
2. 虚继承对内存布局的影响：
   • 引入虚基表指针，用于指向虚基类子对象，确保虚基类子对象在最终派生类对象中只有一份实例，避免了菱形继承带来的多重实例问题。这使得内存布局更为复杂，因为需要额外的指针来维护虚基类子对象的位置。
3. 代码示例：

#include <iostream>

class A {
public:
    int a;
};

class B : virtual public A {
public:
    int b;
};

class C : virtual public A {
public:
    int c;
};

class D : public B, public C {
public:
    int d;
};

int main() {
    D d;
    d.a = 1;
    d.b = 2;
    d.c = 3;
    d.d = 4;
    std::cout << "a: " << d.a << ", b: " << d.b << ", c: " << d.c << ", d: " << d.d << std::endl;
    return 0;
}

在上述代码中，B和C虚继承自A，D继承自B和C。通过虚继承，D对象中A的子对象只有一份，避免了菱形继承中A子对象的重复。