面试题：C++虚函数表输出在多重继承场景下的解析

Question

在C++的多重继承体系中，假设基类A和B都有虚函数，类C同时继承自A和B，且覆盖了部分虚函数。请详细说明C类对象的虚函数表结构是怎样的，以及如何从虚函数表输出内容来分析函数调用过程，尤其是涉及到菱形继承的情况。

Answer 1

C类对象的虚函数表结构

1. 一般多重继承情况
   • 由于C类同时继承自A和B，C类对象会有两个虚函数表指针（假设编译器采用这种布局方式），分别对应基类A和基类B的虚函数表。
   • 虚函数表中，对于C类覆盖的虚函数，会在虚函数表中相应位置替换为C类的函数指针。未覆盖的虚函数，依然保留基类的函数指针。例如，如果C类覆盖了A类的virtual void funcA()，那么对应A类虚函数表中funcA的位置，存储的是C类funcA的函数指针；若C类没有覆盖B类的virtual void funcB()，B类虚函数表中funcB的位置，存储的是B类funcB的函数指针。
2. 菱形继承情况
   • 假设存在菱形继承结构，D类从C类（C类多重继承自A和B）公有继承。在这种情况下，C类的虚函数表结构基本不变，但D类会有更复杂的情况。
   • 如果D类覆盖了一些虚函数，这些虚函数的函数指针会替换到相应虚函数表（A或B对应的虚函数表）中的位置。同时，由于菱形继承可能会导致虚基类的引入（为了避免数据冗余），虚函数表可能会增加一些与虚基类相关的调整信息，例如用于定位虚基类子对象的偏移量等。

从虚函数表输出内容分析函数调用过程

1. 一般多重继承
   • 当调用C类对象的虚函数时，例如c.funcA()（假设funcA是A类的虚函数且C类覆盖了它），首先通过C类对象的第一个虚函数表指针（对应A类虚函数表）找到A类虚函数表。
   • 在虚函数表中，根据funcA在虚函数表中的索引位置，获取到C类funcA的函数指针。
   • 然后通过该函数指针调用C类的funcA函数。
2. 菱形继承
   • 对于D类对象调用虚函数，例如d.funcA()（假设funcA是A类的虚函数且经过多重继承和覆盖）。
   • 首先根据D类对象的虚函数表指针（对应A类虚函数表方向）找到虚函数表。
   • 虚函数表中可能会有一些额外信息用于处理虚基类相关的调整。如果funcA被D类覆盖，虚函数表中相应位置存储的是D类funcA的函数指针，通过该指针调用D类的funcA；如果未被D类覆盖但被C类覆盖，则找到C类funcA的函数指针并调用C类的funcA。如果都未覆盖，则找到A类funcA的函数指针调用A类的funcA。同时，虚函数表中的额外信息会协助处理虚基类相关的地址调整，以确保在复杂继承结构下能够正确定位函数和相关对象数据。