面试题：C++ 虚基类对象内存布局之中等难度

Question

请简述在一个简单的类继承体系中，包含虚基类时，对象的内存布局大概是怎样的？以一个基类 B 作为虚基类，派生类 D1 和 D2 继承自 B，最后 D3 多重继承自 D1 和 D2 为例进行说明。

Answer 1

1. 基类 B：
   • 基类 B 本身的数据成员。
   • 如果有虚函数，会有一个虚函数表指针（vptr）指向虚函数表。
2. 派生类 D1 和 D2：
   • D1 和 D2 首先包含各自从 B 继承而来的数据成员（在多重继承下，由于 B 是虚基类，D1 和 D2 不会各自重复存储 B 的数据成员，而是共享一份）。
   • D1 和 D2 各自的数据成员。
   • 如果 D1 或 D2 有新的虚函数，会有自己的虚函数表指针（vptr）指向新的虚函数表。同时，虚函数表中会包含从 B 继承来的虚函数（如果有覆盖则为覆盖后的版本）。
   • 对于虚基类 B，D1 和 D2 会各自包含一个指向虚基类 B 子对象偏移位置的指针（虚基表指针，vbptr），通过这个指针可以在运行时找到共享的 B 子对象。
3. 派生类 D3：
   • D3 包含从 D1 继承来的数据成员（不重复包含 B 的数据成员，通过 D1 的虚基表指针找到共享的 B 子对象）。
   • D3 包含从 D2 继承来的数据成员（同样不重复包含 B 的数据成员，通过 D2 的虚基表指针找到共享的 B 子对象）。
   • D3 自身的数据成员。
   • 如果 D3 有新的虚函数，会有自己的虚函数表指针（vptr）指向新的虚函数表。虚函数表中会包含从 D1、D2 继承来的虚函数（如果有覆盖则为覆盖后的版本）。
   • 整体上，D3 的内存布局是 D1 部分在前，D2 部分在后（顺序取决于编译器实现），中间共享一份虚基类 B 的子对象。通过 D1 和 D2 中的虚基表指针可以正确定位到共享的 B 子对象。