c++ - 从多个类派生时了解虚函数

我已经开始了解C++中的虚函数的工作原理，并且遇到了以下代码。这是我对虚函数的理解:

每个定义了虚函数的类都为其创建了一个 vtable 。

创建类的实例时，将创建vptr，它指向该类的 vtable 。

根据我的理解，我试图分析以下代码的输出，但我无法解读代码如何打印“C12g”。

class I1 {
  public:
    virtual void f(){cout << "I1" << endl;}
};
class I2 {
  public:
    virtual void g(){cout << "I2" << endl;}
};
class C12 : public I1, public I2 {
  public:
    virtual void f(){cout << "C12f" << endl;}
    virtual void g(){cout << "C12g" << endl;}
};
int main(int argc, char *argv[]) {
  I2 *o = new C12();
  ((I1*)o)->f();
}

我以为，由于C12对象被分配为I2类型，因此对象o只能在g()中访问其方法C12(因为g被覆盖)。现在，由于o是类型转换为I1的，所以我认为f()中的C12将被调用。

实际输出:
C12克

我想知道以下几件事:

C12的内存布局以及I1，I2指向

C12g如何作为输出打印。

在两个不相关的接口(interface)之间进行类型转换时会发生什么？

最佳答案

您首先必须在这里了解的是，创建的实际对象，*o的类型为C12，因为这是您使用new C12()构造的。

接下来，使用虚拟函数，无论您将指针转换为哪种“类型”，都会调用实际对象的成员。因此，当您在I2中强制转换为I2 *o = new C12()指针时，例如，如果您随后调用o-> g()则对基础对象无关紧要，因为该对象会“知道”调用其覆盖的函数。

但是，当您将指针转换为“无关”的I1*时，您会陷入奇怪的境地。请记住，类I1和I2本质上具有相同的内存布局，然后在其中一个调用f()将指向与在另一个调用g()相同的“偏移”。但是，由于o实际上是指向I2的指针，因此调用最终到达的v表条目是I2中g的偏移量-被C12覆盖。

还值得注意的是，您已经使用了C样式的强制转换将I2*转换为I1*(但您也可以使用reinterpret_cast)。这很重要，因为这两个对指针或指向的对象/内存绝对没有。

听起来可能有点乱码，但我希望它能提供一些见识!

这是一个可能的内存布局/场景-但这将是特定于实现的，并且在C样式强制转换之后使用类指针很可能构成未定义的行为!

可能的内存映射(简化，假设所有组件为4字节):

class I1:
0x0000: (non-virtual data for class I1)
0x0004: v-table entry for function "f"

class I2:
0x0000: (non-virtual data for class I2)
0x0004: v-table entry for function "g"

class C12:
0x0000: (non-virtual data for class I1)
0x0004: v-table entry for function "f"
0x0008: (non-virtual data for class I2)
0x000C: v-table entry for function "g"
0x0010: (class-specific stuff for C12)

现在，当您从C12*中的I2*转换为I2 *o = new C12();时，编译器会理解这两个类之间的关系，因此o将指向C12中的0x0008偏移量(派生类已正确“ slice ”)。 ，但是从I2*转换为I1*的C样式不会改变任何内容，因此编译器“认为”它指向I1，但它仍指向I2的实际C12 slice -而且“看起来”就像真实的I1类。

家庭作业

您可能会发现有趣的(并且可能与我已经描述的内存布局不一致)是在main()的末尾添加以下代码:

C12* properC12 = new C12();// Points to the 'origin' of the class
I1* properI1 = properC12; // Should (?) have same value as above?
I2* properI2 = properC12; // Should (?) have an offset to 'slice'
I1* dodgyI1 = (I1*)properC12; // Will (?) have same value as properI2!
cout << std::hex << properC12 << endl;
cout << std::hex << properI1 << endl;
cout << std::hex << properI2 << endl;
cout << std::hex << dodgyI1 << endl;

请-尝试的任何人-请让我们知道值是什么，以及您使用的平台/编译器。在Visual Studio 2019中，针对x64平台进行编译，我得到了这些指针值:

000002688A9726E0
000002688A9726E0
000002688A9726E8
000002688A9726E0

...(某种程度上)与我所描述的内存布局(除了将v表放在其他地方而不是“块内”一样)一致。