1.前言與準備

工欲善其事，必先利其器，我們先用好Visual Studio工具，像下面這樣一步一步來：

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先選擇左側的C/C++->命令行，然后在其他選項這里寫上/d1 reportAllClassLayout，它可以看到所有相關類的內存布局，如果寫上/d1 reportSingleClassLayoutXXX（XXX為類名），則只會打出指定類XXX的內存布局。近期的VS版本都支持這樣配置。

2.單繼承實驗

下面可以定義一個類，像下面這樣：

class Base {int a;int b; public:void CommonFunction(); };

然后編譯一下，可以看到輸出框里面有這樣的排布：

這里不想花精力在內存對齊因素上，所以成員變量都設為int型。從這里可以看到普通類的排布方式，成員變量依據聲明的順序進行排列（類內偏移為0開始），成員函數不占內存空間。

再看下繼承，往后面添加如下代碼：

class DerivedClass: public Base {int c; public:void DerivedCommonFunction(); };

編譯，然后看到如下的內存分布（父類的內存分布不變，這里只討論子類成員變量的內存分布）：

可以看到子類繼承了父類的成員變量，在內存排布上，先是排布了父類的成員變量，接著排布子類的成員變量，同樣，成員函數不占字節。

下面給基類加上虛函數，暫時注釋掉DerivedClass，看一下這時的內存排布：
class Base {int a;int b; public:void CommonFunction();void virtual VirtualFunction(); };

這個內存結構圖分成了兩個部分，上面是內存分布，下面是虛表，我們逐個看。VS所帶編譯器是把虛表指針放在了內存的開始處（0地址偏移），然后再是成員變量；下面生成了虛表，緊跟在&Base1_meta后面的0表示，這張虛表對應的虛指針在內存中的分布，下面列出了虛函數，左側的0是這個虛函數的序號，這里只有一個虛函數，所以只有一項，如果有多個虛函數，會有序號為1，為2的虛函數列出來。

編譯器是在構造函數創建這個虛表指針以及虛表的。

那么編譯器是如何利用虛表指針與虛表來實現多態的呢？

是這樣的，當創建一個含有虛函數的父類的對象時，編譯器在對象構造時將虛表指針指向父類的虛函數；同樣，當創建子類的對象時，編譯器在構造函數里將虛表指針（子類只有一個虛表指針，它來自父類）指向子類的虛表（這個虛表里面的虛函數入口地址是子類的）。

所以，如果是調用Base *p = new Derived();生成的是子類的對象，在構造時，子類對象的虛指針指向的是子類的虛表，接著由Derived*到Base*的轉換并沒有改變虛表指針，所以這時候p->VirtualFunction，實際上是p->vfptr->VirtualFunction，它在構造的時候就已經指向了子類的VirtualFunction，所以調用的是子類的虛函數，這就是多態了。

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下面加上子類，并在子類中添加虛函數，像下面這樣：

class DerivedClass: public Base {int c; public:void DerivedCommonFunction();void virtual VirtualFunction(); };

可以看到子類內存的排布如下：

上半部是內存分布，可以看到，虛表指針被繼承了，且仍位于內存排布的起始處，下面是父類的成員變量a和b，最后是子類的成員變量c，注意虛表指針只有一個，子類并沒有再生成虛表指針了；下半部的虛表情況與父類是一樣的。

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我們把子類換個代碼，像這樣：

class DerivedClass1 : public Base {int c; public:void DerivedCommonFunction();void virtual VirtualFunction2(); }; 注意到這時我們并沒有覆寫父類的虛方法，而是重聲明了一個新的子類虛方法，內存分布如下：
還是只有一個虛表指針，但是下方虛表的內容變化了，虛表的0號是父類的VirtualFunction，而1號放的是子類的VirtualFunction2。也就是說，如果定義了DerivedClass的對象，那么在構造時，虛表指針就會指向這個虛表，以后如果調用的是VirtualFunction，那么會從父類中尋找對應的虛函數，如果調用的是VirtualFunction2，那么會從子類中尋找對應的虛函數。

3.多繼承實驗

下面來討論多重繼承，代碼如下：

class Base {int a;int b; public:void CommonFunction();void virtual VirtualFunction(); };class DerivedClass1: public Base {int c; public:void DerivedCommonFunction();void virtual VirtualFunction(); };class DerivedClass2 : public Base {int d; public:void DerivedCommonFunction();void virtual VirtualFunction(); };class DerivedDerivedClass : public DerivedClass1, public DerivedClass2 {int e; public:void DerivedDerivedCommonFunction();void virtual VirtualFunction(); };

內存分布從父類到子類，依次如下：

???

Base中有一個虛表指針，地址偏移為0。DerivedClass1繼承了Base，內存排布是先父類后子類。

??

DerivedClass2的情況是類似于DerivedClass1的。

下面我們重點看看這個類DerivedDerivedClass，由外向內看，它并列地排布著繼承而來的兩個父類DerivedClass1與DerivedClass2，還有自身的成員變量e。DerivedClass1包含了它的成員變量c，以及Base，Base有一個0地址偏移的虛表指針，然后是成員變量a和b；DerivedClass2的內存排布類似于DerivedClass1，注意到DerivedClass2里面竟然也有一份Base。

這里有兩份虛表了，分別針對DerivedClass1與DerivedClass2，在&DerivedDericedClass_meta下方的數字是首地址偏移量，靠下面的虛表的那個-16表示指向這個虛表的虛指針的內存偏移，這正是DerivedClass2中的{vfptr}在DerivedDerivedClass的內存偏移。

4.總結

虛繼承的作用是減少了對基類的重復，代價是增加了虛表指針的負擔（更多的虛表指針）。

下面總結一下（當基類有虛函數時）：

1. 每個類都有虛指針和虛表；

2. 如果不是虛繼承，那么子類將父類的虛指針繼承下來，并指向自身的虛表（發生在對象構造時）。有多少個虛函數，虛表里面的項就會有多少。多重繼承時，可能存在多個的基類虛表與虛指針；

3. 如果是虛繼承，那么子類會有兩份虛指針，一份指向自己的虛表，另一份指向虛基表，多重繼承時虛基表與虛基表指針有且只有一份。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C++类内存分布——深度理解继承与虚函数的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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