C++菱形继承内存模型

本文讲述了C++类菱形继承的内存模型,菱形模型是C++由于多继承这一特性而产生的一种特殊现象,即继承关系类似于菱形,例如B、C继承于A,D继承于B和C.(注:本文非特别说明,代码测试环境均为vs x86环境)

一、菱形继承导致的问题

1)冗余存储

在上面例子中, B、C继承于A,D继承于B和C,所以D中会有两份A中的成员,造成冗余存储。

可以通过以下代码验证,通过输出A、B、C、D四个类的大小.可以观察到,A的大小为4,B继承了A的成员,故而大小为8,同理C的大小为8,D继承了B和C,加上自身的成员,大小为20,但是通过继承B和C,D间接继承了两份A。

cpp 复制代码
class A{
public:
	int a_data;
};

class B :public A{
public:
	int b_data;
};

class C :public A{
public:
	int c_data;
};

class D :public B , public C{
public:
	int d_data;
};

int main(){
	cout << "sizeof(A)" << sizeof(A) << endl;
	cout << "sizeof(B)" << sizeof(B) << endl;
	cout << "sizeof(C)" << sizeof(C) << endl;
	cout << "sizeof(D)" << sizeof(D) << endl;

	return 0;
}

同时也可以通过调试,看到D对象的成员,包含两个a_data.

2)访问内部成员二义性

由于D中存在两份A类成员,所以在访问基类A的时候不能直接使用d.a_data进行访问,因为编译器不知道是通过B访问A类成员还是通过C访问A类成员。必须指明访问路径

cpp 复制代码
cout << d.a_data << endl;

而使用d.B::a_data指明路径,就可以正确访问到a。

二、菱形继承问题解决方案

通过虚拟继承方案,让中间基类共享同一个A的实例,具体实现为让B和C各自携带一个虚基类表指针,指向共享的A实例的位置,从而使得D类对象只有一份A的成员。

D对象的构建过程为:先创建A对象,再创建B对象,在创建B对象的同时,将B的虚基表指针指向续基表,虚基表会存放A对象相对于当前B对象的偏移量,C对象创建同理,最后创建D对象。

通过以下代码,打印通过B和通过C路径获取的a_data成员,发现二者的地址是相同的,所以只存在一个A对象。同时打印类的大小,可以观察到:

A = a_data = 4;

B = b_data + vbptr + a_data = 12 (32位环境下)

C = c_data + vbptr + a_data = 12 (32位环境下)

D = B + C + d_data + a_data =24 (32位环境下)

cpp 复制代码
class A{
public:
	A(){
	}
public:
	int a_data;
};

class B :virtual public A{
public:
	B() {}
public:
	int b_data;
};

class C :virtual public A {
public:
	C() {}
public:
	int c_data;
};

class D :public B, public C {
public:
	D() {}
public:
	int d_data;
};

int main(){
	A a;
	B b;
	C c;
	D d;
	printf("&d.B::a_data: %p\n", &d.B::a_data);
	printf("&d.C::a_data: %p\n", &d.C::a_data);
	d.B::a_data = 2025;
	cout << d.C::a_data << endl;
	cout << "sizeof(A)" << sizeof(A) << endl;
	cout << "sizeof(B)" << sizeof(B) << endl;
	cout << "sizeof(C)" << sizeof(C) << endl;
	cout << "sizeof(D)" << sizeof(D) << endl;
	cout << "a_data " << d.a_data << endl;
	return 0;
}

三、虚继承案例

在C++标准库中也存在着虚继承的案例,例如,参考官方文档继承图可以看到,istream和ostream都继承于base_ios,而iostream继承于istream和ostream两个类,其中菱形继承部分就是通过虚继承实现的

相关推荐
执携14 分钟前
算法 -- 冒泡排序
数据结构·算法
寻星探路31 分钟前
【算法专题】滑动窗口:从“无重复字符”到“字母异位词”的深度剖析
java·开发语言·c++·人工智能·python·算法·ai
程序员小白条31 分钟前
面试 Java 基础八股文十问十答第八期
java·开发语言·数据库·spring·面试·职场和发展·毕设
Dxy123931021632 分钟前
python连接minio报错:‘SSL routines‘, ‘ssl3_get_record‘, ‘wrong version number‘
开发语言·python·ssl
大王小生36 分钟前
C# CancellationToken
开发语言·c#·token·cancellation
listhi52037 分钟前
基于C#实现屏幕放大镜功能
开发语言·c#
我叫袁小陌1 小时前
C++多线程全面详解
开发语言·c++
wen__xvn1 小时前
代码随想录算法训练营DAY14第六章 二叉树 part02
数据结构·算法·leetcode
lihongli0001 小时前
【工程实战】Win11 + Ubuntu20.04 + Ubuntu24.04 三系统长期稳定安装方案(含避坑指南)
开发语言
Ka1Yan1 小时前
[数组] - 代码随想录(2-6)
数据结构·算法·leetcode