MI的C++虚拟表布局（多重继承）答案

【问题标题】：C++ virtual table layout of MI(multiple inheritance)MI的C++虚拟表布局（多重继承）
【发布时间】：2013-04-10 09:00:08
【问题描述】：

看下面的C++代码

class Base1 {  
public:  
    Base1();  
    virtual ~Base1();  
    virtual void speakClearly();  
    virtual Base1 *clone() const;  
protected:  
    float data_Base1;  
};  

class Base2 {  
public:  
    Base2();  
    virtual ~Base2();  
    virtual void mumble();  
    virtual Base2 *clone() const;  
protected:  
    float data_Base2;  
};  

class Derived : public Base1, public Base2 {  
public:  
    Derived();  
    virtual ~Derived();  
    virtual Derived *clone() const;  
protected:  
    float data_Derived;  
};

《C++对象模型内幕》4.2说Base1、Base2和Derived类的虚表布局是这样的：

我的问题是：

Derived 类的 Base1 子对象的虚拟表包含Base2::mumble。为什么？我知道 Derived 类与 Base1 共享了这个虚拟表，所以我认为 Base2 的功能不应该出现在这里。有人能告诉我为什么吗？谢谢。

【问题讨论】：

在Derived vtable 的Base1 之后添加额外的条目并没有什么坏处。可以这样做是为了提高效率。给定一个Derived* 指针，通过Base1/Derived vtable 调用虚函数比通过Base2 vtable 更便宜。
注意：事情的呈现方式似乎搞砸了，在 Itanium ABI 中，_vptr 成员实际上是first；同样Base1 是Derived 的first 成员。
@MatthieuM。在我见过的所有编译器中，_vptr（伪）成员一直是类中的第一件事，但标准显然允许它在任何地方使用。
@JamesKanze：是的，这就是为什么我要准确地说我正在谈论的 ABI（这也是我唯一稍微熟悉的 ABI）；但在我看来，要使优化相关，您希望尽可能轻松地找到Base1（以及_vptr）的地址；理想情况下不涉及算术。
@MatthieuM。您希望尽可能轻松地找到所有_vptr 的地址:-)。说真的，对于英特尔来说，有一个论点是将_vptr 放在第一个基类的末尾，并维护一个指向 it 的指针作为指向对象的指针。（没有规则，或者至少以前没有，Derived* 必须指向对象的第一个字节。）英特尔有一种寻址模式，其中基指针的偏移量可能是单个字节，在-128...127 的范围内。把指向对象的指针放到对象的中间意味着可以多用这个。

标签： c++ oop

【解决方案1】：

嗯，首先，我要提醒大家，实现多态性的解决方案的设计是标准之外的 ABI 决策。例如，MSVC 和 Itanium ABI（之后是 gcc、clang、icc 等）有不同的实现方式。

除此之外，我认为这是对查找的优化。

当您有一个Derived 对象（或其后代之一）并查找mumble 成员时，您不需要实际找出Base2 子对象，而是可以直接从Base1 子对象执行操作（其地址与Derived 子对象一致，因此不涉及算术）。

【讨论】：

更根本的是，编译器在Base1的函数后面添加了Derived的函数，这样就可以同时使用同一个vtable。而mumble 也是Derived 的函数（通过继承），而不仅仅是Base2 的函数。这是一种“优化”，但它是基于语言基础的优化。我无法想象任何编译器不这样做。
真的是有用的优化吗？要调用 mumble，您仍然需要为其this 指针找到Base2 子对象，因此您没有保存任何工作。唯一可能的改进是，如果您经常检查 mumble 的地址而不调用它，或者如果它提高了第一个子对象 vtable 上的缓存命中率。
@Useless：我必须承认我不确定它是否有效；但是它确实消除了数据依赖性。您现在可以并行计算mumble 的地址和Base2 子对象的地址。因此，CPU 可以计算mumble，开始从内存中加载代码，并并行计算Base2 子对象。
我想这只是一个错字我猜 Derived 的 vtable 实际上与代表 Base1 和 Base2 vtables 的 2 个段连续，所以从 Derived 的角度调用任何虚函数（如果我们知道对象确实是派生的）需要相同的指针算术（从整个派生虚表的开头偏移）我还发现另一个错字： Derived::~clone() 而不是 Derived::clone() （就在有问题的行之前）
@user396672：这不是一个错误。 Derived 和 Base1 有不同的 v-tables，但是 Base1 中的 v-ptr 可以指向 Derived 的表，因为表 Base1 是 Derived 的前缀（和 @987654346 @ 只会使用它知道的前缀）。

【解决方案2】：

在运行时当你得到：

    Base2 b2;
    Base1* b1_ptr = (Base1*)&b2;
    b1_ptr->mumble();    // will call Base2::mumble(), this is the reason.

然后需要调用 Base2::mumble() ！注意 mumble() 是唯一在层次结构中被覆盖的虚拟方法。（甚至，您可能认为 clone() 也被覆盖了，但是它在类之间返回不同的类型，那么它是另一个签名）。

【讨论】：

我很困惑，这不会是编译器错误，因为 Base1 没有名为 mumble 的函数吗？