带有“空类”的 C++ 多继承内存布局

Question

我知道多重继承的内存布局没有定义，所以我不应该依赖它。但是，我可以在特殊情况下依赖它吗？也就是说，一个类只有一个“真正的”超类。所有其他都是“空类”，即既没有字段也没有虚拟方法的类（即它们只有非虚拟方法）。在这种情况下，这些额外的类不应向类的内存布局添加任何内容。 （更简洁地说，在 C++11 的措辞中，该类具有 standard-layout）

我可以推断所有超类都没有偏移量吗？例如：

#include <iostream>

class X{

    int a;
    int b;
};

class I{};

class J{};

class Y : public I, public X,  public J{};

int main(){

    Y* y = new Y();
    X* x = y;
    I* i = y;
    J* j = y;

    std::cout << sizeof(Y) << std::endl 
                  << y << std::endl 
                  << x << std::endl 
                  << i << std::endl 
                  << j << std::endl;
}

这里，Y 是类，X 是唯一真正的基类。程序的输出（在linux上用g++4.6编译时）如下：

8

0x233f010

0x233f010

0x233f010

0x233f010

正如我的结论，没有指针调整。但是这个实现是特定的还是我可以依赖它。即，如果我收到I 类型的对象（并且我知道只存在这些类），我可以使用reinterpret_cast 将其转换为X 吗？

我希望我可以依赖它，因为规范说对象的大小必须至少是一个字节。因此，编译器无法选择其他布局。如果它将I 和J 布局在X 的成员后面，那么它们的大小将为零（因为它们没有成员）。因此，唯一合理的选择是对齐所有超类而不偏移。

如果我在这里使用从I 到X 的reinterpret_cast，我是正确的还是我在玩火？

Answer 1

在 C++11 中，编译器需要对 标准布局 类型使用空基类优化。见https://stackoverflow.com/a/10789707/981959

对于您的具体示例，所有类型都是标准布局类，没有公共基类或成员（见下文），因此您可以依赖 在 C++11 中（以及实践中，我认为许多编译器已经遵循了这条规则，当然 G++ 也这样做了，还有其他编译器遵循 Itanium C++ ABI。）

警告：确保您没有任何相同类型的基类，因为它们必须位于不同的地址，例如

struct I {};

struct J : I {};
struct K : I { };

struct X { int i; };

struct Y : J, K, X { };

#include <iostream>

Y y;

int main()
{
  std::cout << &y << ' ' << &y.i << ' ' << (X*)&y << ' ' << (I*)(J*)&y << ' ' << (I*)(K*)&y << '\n';

}

打印：

0x600d60 0x600d60 0x600d60 0x600d60 0x600d61

对于Y 类型，只有I 基数之一可以位于偏移量零处，因此尽管X 子对象位于偏移量零处（即offsetof(Y, i) 为零）并且@987654332 之一@ bases 在同一个地址，但另一个I base 是（至少在 G++ 和 Clang++ 中）对象的一个​​字节，所以如果你有一个 I* 你不能 reinterpret_cast 到 X* 因为你不会知道 哪个 I 子对象指向，偏移量 0 处的 I 或偏移量 1 处的 I。

编译器可以将第二个 I 子对象放在偏移量 1 处（即 inside int），因为 I 没有非静态数据成员，所以你实际上无法取消引用或访问该地址处的任何内容，只能获取指向该地址处对象的指针。如果您向I 添加了非静态数据成员，那么Y 将不再是标准布局并且不必使用EBO，offsetof(Y, i) 将不再为零。