面试题：多重继承下C++虚函数内存布局的复杂性

Question

考虑一个C++类继承体系，A为基类且含有虚函数，B和C继承自A，D多重继承自B和C。请详细描述D类对象的内存布局中虚函数表的情况，包括虚函数表的数量、每个虚函数表的内容以及它们与基类虚函数表的关系，同时说明在这种复杂继承关系下，运行时如何准确调用正确的虚函数。

Answer 1

1. 虚函数表的数量：
   • 由于D多重继承自B和C，而B和C又继承自含有虚函数的A类，D类对象会有两个虚函数表。这是因为在多重继承中，为了支持从不同基类的角度正确调用虚函数，每个直接基类（这里是B和C）都需要有自己独立的虚函数表指针，指向对应的虚函数表。
2. 每个虚函数表的内容：
   • 第一个虚函数表（与B相关）：
     • 该虚函数表中首先会包含A类的虚函数（如果B没有重写，就使用A类虚函数的地址；如果B重写了，就使用B类重写后的虚函数地址）。
     • 然后会包含B类自己新增的虚函数（如果有）。
   • 第二个虚函数表（与C相关）：
     • 同样，该虚函数表会先包含A类的虚函数（处理方式同B类虚函数表中对A类虚函数的处理）。
     • 接着包含C类自己新增的虚函数（如果有）。
3. 与基类虚函数表的关系：
   • D类对象中的两个虚函数表与A类虚函数表密切相关。它们都从A类虚函数表继承内容。对于A类的虚函数，在B和C继承时可能会有重写操作，所以D类的两个虚函数表中A类虚函数部分可能与A类虚函数表有所不同（取决于B和C是否重写）。而B和C各自新增的虚函数则是对虚函数表的扩展，是A类虚函数表所没有的。
4. 运行时虚函数调用：
   • 在运行时，当通过D类对象或指向D类对象的指针、引用调用虚函数时，编译器会根据对象的类型信息（通常通过RTTI，运行时类型识别）和调用虚函数的上下文（即从哪个基类的角度调用）来确定使用哪个虚函数表。
   • 例如，如果通过D类对象以B类的视角调用虚函数，就会使用与B相关的虚函数表。编译器会根据虚函数表指针找到对应的虚函数表，然后在虚函数表中根据虚函数的索引找到正确的虚函数地址并调用。同样，如果以C类的视角调用虚函数，就会使用与C相关的虚函数表进行查找和调用。这样就能在复杂的多重继承关系下准确调用正确的虚函数。