虚拟类继承引起的对象大小问题

Question

在这段代码中，ob1的大小为16，这是正常的（因为虚指针），但我不明白为什么ob2的大小为24。

#include <iostream>
using namespace std;
class A {
    int x;
};
class B {
    int y, z;
};
class C : virtual public A {
    int a;
};
class D : virtual public B {
    int b;
};
int main() {
    C ob1;
    D ob2;
    cout << sizeof(ob1) << sizeof(ob2) << "\n";
}

我原以为ob2的大小是20，但实际输出的大小是24

- Srijib Bose

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“virtual” 机制需要一些开销。一些编译器将这个开销放入结构中。 - Thomas Matthews

通常在虚拟继承中会引入_vtable指针。这可能解释了大小上的差异。 - πάντα ῥεῖ

@πάνταῥεῖ: "通常会有一个vtable指针"。虚继承是否引入了vtable指针？我不相信！ - Klaus

对于这样的问题，通常最好从打印各种相关标量类型的大小开始，以便我们了解您的平台和C++实现中基本类型的大小，这在流行的实现之间可能会有很大差异。这些可以从复合类型的大小猜测出来，但最好不要这样做。 - curiousguy

@ThomasMatthews "一些编译器将这种开销放在结构中。 " 只是一些？有哪些不放置？ - curiousguy

Answer 1

D类型对象的一种可能的布局如下：

+----------+
| y        |   The B subobject (8 bytes)
| z        |
+----------+
| vptr     |   vtable pointer (8 bytes)
|          |
+----------+
| b        |   4 bytes
+----------+
| unused   |   4 bytes (padding for alignment purposes)
+----------+

这将使sizeof(ob2)为24。

对齐要求由实现定义。大多数情况下，最大成员对象或子对象的大小决定了对象的对齐要求。在您的情况下，最大对象——vtable指针的大小为8字节。因此，实现会在8位边界上对齐对象，并在必要时添加填充。

- R Sahu

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显然是正确的答案。也许您可以详细说明一下“用于对齐目的”的部分？ - Walter

我对这个问题很感兴趣：为什么在这种情况下我们需要一个运行时vtable指针。我无法理解为什么它在这里依赖于运行时，因为继承层次结构在编译时完全已知。谢谢...也许还有另一个问题 :-) - Klaus

@Klaus，是的，那将是另一个问题。 - R Sahu

@Klaus 继承关系在编译时并不比函数成员更为明确。虚拟内容可以在派生类中被覆盖，而非虚拟内容则不能。 - curiousguy

Answer 2

为了实现虚继承，D作为数据成员包含一个指针，在64位系统上需要8个字节。此外，这8个字节必须对齐到8字节的内存边界。这后一个要求又要求D本身对齐到8字节的内存边界。最简单的实现方法是通过填充未使用的字节（21-24）使sizeof(D)成为8的倍数。"最初的回答"

- Walter

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“_padding it with unused bytes_”这个（几乎可以确定正确的）假设可以通过在末尾添加一个虚拟数据成员，用假定的填充大小来检查总大小没有改变来验证。 - curiousguy