c++ - vtable：底层算法

Question

我对 vtables 的理解是，如果我有一个带有虚函数 speak() 以及子类 Lion 和 HouseCat 的类 Cat，那么就会有一个 vtable 将 speak() 映射到每个子类的正确实现。于是打了个电话

cat.speak()

编译为

cat.vtable[0]()

即在 vtable 位置 0 中查找并在该位置调用函数指针。

我的问题是：多重继承会发生什么？

让我们添加一个类 Pet。Pet 有虚函数 speak() 和 eat()。HouseCat 扩展了 Pet，而 Lion 没有。现在，我需要确保

pet.eat()

编译为

pet.vtable[1]()

也就是说 vtable[0] 需要是 speak()。Pet.eat 需要是 slot 1。那是因为 cat.speak() 需要访问 vtable 中的 slot 0，如果对于 HouseCat，slot 0 恰好是eat，这将出现可怕的错误。

编译器如何确保 vtable 索引组合在一起？

Answer 1

规范没有设置任何内容，但通常编译器会为每个直接的非虚拟基类生成一个 vtable，以及为派生类生成一个 vtable - 然后第一个基类的 vtable 和派生类的 vtable 将是合并。

更具体地说，编译器在构造类时生成的内容：

• 猫

  [vptr | Cat fields]
   [0]: speak()
  

• 宠物

  [vptr | Pet fields]
   [0]: eat()
  

• 狮子

  [vptr | Cat fields | Lion fields]
   [0]: speak()
  

• 家猫

  [vptr | Cat fields | vptr | Pet fields | HouseCat fields]
   [0]: speak()        [0]: eat()
  

编译器在调用/强制转换时生成的内容（变量名是静态类型名）：

• cat.speak()
  • obj[0][0]()- 适用于猫、狮子和 HouseCat 的“猫”部分
• pet.eat()
  • obj[0][0]()- 适用于宠物和 HouseCat 的“宠物”部分
• lion.speak()
  • obj[0][0]()- 适用于狮子
• houseCat.speak()
  • obj[0][0]()- 适用于 HouseCat 的“猫”部分
• houseCat.eat()
  • obj[Cat size][0]()- 适用于 HouseCat 的“宠物”部分
• (Cat)houseCat
  • obj
• (Pet)houseCat
  • obj + Cat size

所以我想让你感到困惑的关键是（1）多个vtables是可能的，（2）upcasts实际上可能返回一个不同的地址。