面试题：C++ 虚基类继承下访问权限与对象布局的关联

Question

考虑一个复杂的 C++ 虚基类继承结构：类 X 是虚基类，类 Y 和类 Z 虚继承自 X，类 W 多重继承自 Y 和 Z。假设 X 有一个 public 成员函数 print()，Y 和 Z 分别对 print() 进行了重写。请分析在 W 的对象内存布局中，虚基类 X 的部分是如何存储的，以及这种存储方式对访问权限和函数调用的影响机制是什么？

Answer 1

1. 虚基类 X 在 W 对象内存布局中的存储

在这种复杂的虚基类继承结构中，虚基类 X 的数据成员在 W 对象的内存布局中只会出现一次，无论从多少条路径继承它。这是虚继承的关键特性，避免了数据成员的重复存储。

具体来说，W 对象的内存布局通常包含指向虚基类子对象（这里是 X）的指针（虚基表指针）。这个指针指向一个虚基表，虚基表中存储了虚基类 X 相对于 W 对象起始地址的偏移量。通过这种间接的方式，即使 W 从多个路径继承 X，也能确保 X 的唯一性。

2. 对访问权限的影响机制

• 成员访问：由于虚基类 X 是 public 继承（因为 X 的成员函数 print() 是 public），W 的对象可以直接访问 X 的 public 成员。例如，W 的对象可以调用 X 的 public 成员函数 print()。这种访问权限遵循 C++ 的继承访问控制规则，与普通继承类似，但由于虚继承保证了 X 的唯一性，不存在访问歧义。
• 继承链访问：在虚继承体系中，从 W 到 X 的继承路径是明确且唯一的，这使得编译器能够正确解析对 X 成员的访问。无论是通过 Y 还是 Z 的路径，对 X 成员的访问都是统一的，不会因为多重继承路径而产生访问冲突。

3. 对函数调用的影响机制

• 函数重写与动态绑定：Y 和 Z 分别重写了 X 的 print() 函数。当通过 W 的对象调用 print() 时，动态绑定机制会根据对象的实际类型来决定调用哪个版本的 print()。如果 W 的对象的实际类型是 W 本身，并且 Y 和 Z 对 print() 的重写不同，那么编译器会根据虚函数表来确定调用哪个版本。
• 虚函数表的作用：W 的对象有自己的虚函数表，虚函数表中存储了指向各个虚函数（包括从 X 继承而来并可能被重写的函数）的指针。在运行时，通过对象的虚函数表指针找到对应的虚函数表，进而找到要调用的函数版本。由于虚继承，从 X 继承的虚函数在虚函数表中的位置是固定且明确的，确保了正确的函数调用。