面试题：多重继承下C++虚函数的底层实现

Question

在C++多重继承场景下，虚函数的底层实现会变得更为复杂。请阐述在一个类继承自多个包含虚函数的基类时，虚函数表的布局和调用机制是怎样的。通过编写一段多重继承的代码，并分析其虚函数表相关的内存布局来展示你的理解。

Answer 1

虚函数表布局和调用机制

在C++多重继承中，当一个类继承自多个包含虚函数的基类时：

1. 虚函数表布局：每个基类会有自己的虚函数表（vtable）。派生类对象的内存布局中，会为每个基类的虚函数表分配空间。这些虚函数表按继承顺序排列，每个虚函数表中存储着对应基类虚函数的地址。
2. 调用机制：当通过派生类对象指针或引用调用虚函数时，编译器根据对象的内存布局找到对应的虚函数表，然后在虚函数表中找到对应的虚函数地址并调用。

代码示例

#include <iostream>

class Base1 {
public:
    virtual void func1() { std::cout << "Base1::func1" << std::endl; }
};

class Base2 {
public:
    virtual void func2() { std::cout << "Base2::func2" << std::endl; }
};

class Derived : public Base1, public Base2 {
public:
    void func1() override { std::cout << "Derived::func1" << std::endl; }
    void func2() override { std::cout << "Derived::func2" << std::endl; }
};

内存布局分析

1. 使用工具：在GCC下，可以使用objdump -d -S命令反汇编可执行文件来查看虚函数表相关信息。
2. 内存布局：
   • Derived对象的内存布局首先是Base1的部分，其中包含指向Base1虚函数表的指针（vptr），这个虚函数表中func1的地址是Derived::func1的地址（因为Derived重写了func1）。
   • 接着是Base2的部分，包含指向Base2虚函数表的指针，此虚函数表中func2的地址是Derived::func2的地址（因为Derived重写了func2）。
   • 例如，当通过Derived对象指针调用func1时，会先找到Base1虚函数表指针，再在Base1虚函数表中找到func1的地址并调用Derived::func1。调用func2类似，通过Base2虚函数表指针找到func2地址调用Derived::func2。