在编译时计算基类的偏移量

Question

我想知道在编译时是否可以计算基类偏移量。当然，在运行时这很容易做到，因为可以利用static_cast 的功能，并且偏移量只是基指针与派生类指针之间的差异。

我在编译时第一次尝试得到这个看起来像下面这样：

struct InterfaceRoot {};

struct IInterface1 : InterfaceRoot {
    virtual void MethodI1() = 0;
};

struct IInterface2 : InterfaceRoot {
    virtual void MethodI2() = 0;
};

class CClass : public IInterface1, public IInterface2 {
    virtual void MethodI1() override { /* do something */ }
    virtual void MethodI2() override { /* do something */ }     
};

int main() {

    CClass instance;

    constexpr int offsetI1 = 0; //first base class has no offset
    constexpr int offsetI2 = sizeof(IInterface1);

    //check pointer values against static_cast
    IInterface1* pI1 = reinterpret_cast<IInterface1*>(reinterpret_cast<char*>(&instance) + offsetI1);
    IInterface2* pI2 = reinterpret_cast<IInterface2*>(reinterpret_cast<char*>(&instance) + offsetI2);

    IInterface1* pI1_static_cast = static_cast<IInterface1*>(&instance);
    IInterface2* pI2_static_cast = static_cast<IInterface2*>(&instance);

    return 0;
}

在这里，pI1 和 pI1_static_cast 与预期的一样。但是，pI2 和 pI2_static_cast 不相等！？

我可以通过向InterfaceRoot 添加一个虚函数或将其全部删除来解决此问题。这是什么原因？

如果我像这样设置继承树，它可以使用上述方法：

struct InterfaceRoot {
    virtual ~InterfaceRoot() {}
};

struct IInterface1 : InterfaceRoot {
    virtual void MethodI1() = 0;
};

struct IInterface2 : InterfaceRoot {
    virtual void MethodI2() = 0;
};

class CClass : public IInterface1, public IInterface2 {
    virtual void MethodI1() override { /* do something */ }
    virtual void MethodI2() override { /* do something */ }
};

有人知道这是为什么吗？顺便说一句，我正在使用 Visual Studio 2017。有没有其他方法可以在编译时实现我的目标，或者我最好在运行时计算偏移量并且运行时开销很小？

编辑：

一个有效的运行时实现可能如下所示：

template<typename Derived, typename Base>
inline int CalcBaseOffset() {
    const static int s_off = (reinterpret_cast<char*>(static_cast<Base*>(reinterpret_cast<Derived*>(0x10000000))) - reinterpret_cast<char*>(0x10000000));
    return s_off;
};

int main() {
    //...

    int offsetI1_RT = CalcBaseOffset<CClass, IInterface1>();
    int offsetI2_RT = CalcBaseOffset<CClass, IInterface2>();

    // add offsets to pointer like in the code sample above

}

这种方法会产生准确的结果，但代价是运行时开销很小（如果无法在编译时计算偏移量以消除这种开销，则运行时开销是可以接受的）。

Answer 1

编译器可能会在基类IInterface1 和IInterface2 之间的CClas 中引入填充。

基本上^X：sizeof(CClas) >= sizeof(IInterface1) + sizeof(IInterface2)

下面的语句可能会导致错误的地址：

IInterface2* pI2 = reinterpret_cast(reinterpret_cast(&instance) + 偏移量I2

---

^X请注意，如果基类没有virtual成员函数并且是空的（即没有数据成员，这可能不成立em>) 由于Empty Base Optimization。