C++中多重继承下的虚表结构

在 C++ 的多重继承 中，虚表（vtable）结构会变得更加复杂。

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一、基础回顾：单继承下的虚表结构

• 类中含有虚函数 → 编译器生成虚表（每类一张）；
• 每个对象有一个隐藏的虚表指针（vptr），指向对应虚表；
• 调用虚函数时，通过 vptr 查找虚表中函数地址，实现动态绑定。

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二、多重继承下的问题

当一个类从 多个基类继承，而这些基类中都有虚函数时，派生类就需要为每个基类维护一套虚表和 vptr。

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三、示例代码

#include 
using namespace std;

class A {
public:
    virtual void fa() { cout << "A::fa()" << endl; }
};

class B {
public:
    virtual void fb() { cout << "B::fb()" << endl; }
};

class C : public A, public B {
public:
    void fa() override { cout << "C::fa()" << endl; }
    void fb() override { cout << "C::fb()" << endl; }
};

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四、对象内存布局图解（假设编译器实现方式）

C对象内存（简化）

+------------------+     
|      vptr_A      |-----> vtable_A (for A)
+------------------+
| A 子对象成员变量  |
+------------------+    
|      vptr_B      |-----> vtable_B (for B)
+------------------+
| B 子对象成员变量  |
+------------------+
| C 的成员变量      |
+------------------+

vtable_A:
+------------------+
| &C::fa()         |
+------------------+

vtable_B:
+------------------+
| &C::fb()         |
+------------------+

说明：

• C 类继承了 A 和 B，它有两个虚函数表（分别对应 A 和 B）；

• 所以 C 对象中有两个 vptr：

  • 一个用于 A 的虚函数；
  • 一个用于 B 的虚函数；

• 调用虚函数时，编译器根据当前指针（例如 A* 或 B*）决定使用哪个 vptr 和哪张 vtable。

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五、运行示例

int main() {
    C obj;
    A* pa = &obj;
    B* pb = &obj;

    pa->fa();  // 输出 C::fa()，通过 vptr_A 找到 vtable_A 中的 &C::fa
    pb->fb();  // 输出 C::fb()，通过 vptr_B 找到 vtable_B 中的 &C::fb
    return 0;
}

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六、多重继承下的虚表指针调用流程

当你执行 pa->fa() 时：

1. 编译器知道 pa 是 A* 类型；
2. 假设 A 对象在 C 中偏移为 0，则 pa 本身就是 vptr_A 的位置；
3. 跟着 vptr_A 指向 vtable_A；
4. 调用第一个槽（slot）：C::fa()。

执行 pb->fb() 也是同理，只是偏移不一样。

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七、相关注意事项

现象/问题	原因
对象有多个 vptr	因为每个虚基类都需要维护自己的虚函数表
强制转换指针可能出错	如 A* 转为 C* 需调整偏移
多态依然有效	编译器正确处理多个虚表指针

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八、总结

项目	单继承	多重继承
虚表数量	1 张	每个有虚函数的父类一张
虚表指针	1 个 vptr	每个父类一个 vptr
内存布局	简单	需要考虑偏移和指针调整
多态支持	简单调用	通过多个 vtable 实现