C 記憶體布局生成步驟

對c++記憶體布局有過一定了解，但是一直都很曖昧。為了搞清楚，決定**一下c++記憶體布局。

本文在vc2008下實驗，有興趣的同學可以在g++實驗下

經過仔細研究。現在總結出來3條規則：

規則1.乙個沒有繼承的c++物件的布局總是（虛表指標 + 成員變數），虛表指標至少為4位元組，如果你的成員有double的話，由於記憶體對齊的原因，虛表指標為8位元組。如果沒有虛函式，那麼虛表指標可以省去。

規則2.如果乙個類derived從classb1, classb2, ....classbn類多繼承（非虛繼承），那麼該類物件的記憶體結構生成過程（這裡是指猜測的編譯時的生成過程而非執行時的過程）是：

a. 把classb1到classbn的記憶體布局全部按**順序依次搬過來拼接起。

b. 把derived的虛表揉合到第一張表虛表（classb1的虛表,若classb1無虛表則依次找後面有虛表的作為第一虛表）後。揉合的方法是，把derived新增的虛方法（不是重寫覆蓋基類的那些方法）加到第一張表虛表末尾。

c. 遍歷所有的虛表，替換基類中被derived重寫覆蓋的的方法為基類函式指標。

d. 把基類的成員變數加了整個記憶體布局的最後。

看乙個例項

class b1
; virtual void fun2(){};
int m_b1;
};class b2
; virtual void method2(){};
int m_b2;
};class derived : public b1, public b2
; virtual void method2(){};
virtual void df(){};
int m_b3;
};

derived的記憶體布局構造順序出下（編譯期計算推測）

第a步

第b步

第c步

第d步

經過四步操作，derived記憶體布局已經完成。這裡有個疑問沒有解決：為什麼derived的虛表要揉合到第乙個基類的虛表中去？

解決這個疑惑，我們先來看看如果呼叫

derived* pdd = new derived;
pdd->fun1();
pdd->df();
pdd->method2();

生成的**執行流程是如何的。

呼叫 pdd->fun1();

呼叫 pdd->df();

呼叫 pdd->method2();

可以看到在呼叫派生自第二個基類的方法時，this指標多做了一次偏移計算。

因此可以解釋上面的疑惑：因為c++用得最多的是單繼承，為了在單繼承的時候呼叫基類和子類虛方法不至於偏移指標，就把子類的虛表和第乙個基類虛表進行融合。

根據上述的生成規則。我們可以推導當產生菱形繼承時的布局

class a;

class b : publica; // b的記憶體布局包括了乙份a

class c : publica; // c的記憶體布局包括了乙份a

class d : publicb, public c // d的記憶體布局包括了乙份b和乙份c，因此d間接包含了兩份a

書上說virtual public能解決這個問題。那麼現在總結一下 virtual public的生成規則

規則3.如果乙個類derived從classb1, classb2, ....classbn類多繼承（既有虛的，又有非虛繼承），那麼該類物件的記憶體結構生成過程（這裡是指猜測的編譯時的生成過程而非執行時的過程）是：

等下，在介紹這個之前，我先介紹下乙個類的完整的記憶體布局應該由四部分組成。

我們看到的規則2生成的布局只是「非虛繼承部分」和「derive成員部分」，當引入虛繼承後，每個類的記憶體布局應該有這四部分。下面再說虛繼承的生成過程

a.將所有基類整理順序，非虛繼承基類在前，虛繼承基類在後。

b.先不考慮虛繼承類，將非虛繼承基類和derived類按照規則2進行記憶體布局。但處理過程不包含derived類覆蓋的虛繼承類的方法（這一點vc和gcc的處理可能不一樣，沒有親自實驗gcc），也不包括非虛繼承基類的「虛繼承部分」，也就是說如果非虛繼承基類還虛繼承於另乙個類，那麼非虛繼承基類本內的布局就已經包括了上述三部分，但在參與規則2的計算時，它的「虛繼承部分」暫時不被考慮。

c.在目前已經生成的記憶體布局「非虛繼承部分」和「derive成員部分」之間插入虛基類指標列表vbptr（virtual base table pointer）

d.將所有的虛繼承的基類記憶體布局依次放到步驟c生成的記憶體布局之後（包括步驟b暫時忽略的「虛繼承部分」和本來的虛繼承類，在放入過程中，如果發現有相同的類名，那麼就只放乙份）

e.遍歷「虛繼承部分」中的虛表，把虛表替中被覆蓋的方法換成derived方法。

f.根據「虛繼承部分」中的虛繼承基類的偏移，填充虛基類指標列表vbptr

說了這麼多，看個例子吧

class b1
virtual void fun2()
int m_b1;
};class b2
virtual void method2()
int m_b2;
};class derived : virtual public b1, public b2
virtual void method2()
int m_b3;
};

按照步驟畫出構造圖

第a步，調整順序為

class derived : public b2,virtual public b1

第b步