了解多重继承中的虚表

我有一个实现两个抽象类的类，如下所示。没有虚拟继承。无数据成员。

class IFace1 {
public:
    virtual void fcn(int abc) = 0;
};

class IFace2 {
public:
    virtual void fcn1(int abc) = 0;
};

class RealClass: public IFace1, public IFace2 {
public:
    void fcn(int a) {
    }

    void fcn1(int a) {
   }
};

我发现 RealClass 的 vtable 和对象内存布局如下所示。

Vtable for RealClass
RealClass::_ZTV9RealClass: 7u entries
0     (int (*)(...))0
8     (int (*)(...))(& _ZTI9RealClass)
16    (int (*)(...))RealClass::fcn
24    (int (*)(...))RealClass::fcn1
32    (int (*)(...))-8
40    (int (*)(...))(& _ZTI9RealClass)
48    (int (*)(...))RealClass::_ZThn8_N9RealClass4fcn1Ei

Class RealClass
    size=16 align=8
    base size=16 base align=8
RealClass (0x2af836d010e0) 0
    vptr=((& RealClass::_ZTV9RealClass) + 16u)
    IFace1 (0x2af836cfa5a0) 0 nearly-empty
        primary-for RealClass (0x2af836d010e0)
    IFace2 (0x2af836cfa600) 8 nearly-empty
        vptr=((& RealClass::_ZTV9RealClass) + 48u)

我对此很困惑。什么是 RealClass::_ZThn8_N9RealClass4fcn1Ei？为什么IFace2的vptr指向那个？当我从 IFace2 * 调用 fcn1 时会发生什么？程序如何在RealClass的Vtable中找到RealClass::fcn1？我想它以某种方式需要使用 IFace2 vptr，但不清楚具体如何使用。

警告：下面的大部分内容当然是依赖于实现和平台的并进行了简化。我将按照我在您的示例中看到的实现方式进行操作 - 可能是 GCC，64 位。

首先，虚拟类实例的契约是什么？例如。如果你有一个变量IFace1* obj:

• 有一个指向虚拟表的指针obj+0.
• 任何成员数据字段将继续obj+8 (sizeof(void*)).
• 虚拟表包含一条记录，该记录指向void fcn(int) at vtbl+0.
• 表中还有一个指针typeinfo班级的vtbl-8（由dynamic_cast等）和“到基数的偏移量" at vtbl-16.

任何看到类型变量的函数IFace1*可以相信这是真的。同样对于IFace2*.

• 如果他们想调用虚函数void fcn(int)，他们看着obj+0获取虚函数表，然后在vtbl+0并拨打在那里找到的地址。this被设定为obj.
• 如果他们想要访问成员字段（通过他们自己，例如，如果该字段具有公共访问权限，或者如果有内联访问器），他们只需在其地址处读/写该成员obj+xxx.
• 如果他们想查看他们真正拥有的类型，他们会减去vtbl-16从地址到他们的对象，然后看看typeinfo基础对象引用的虚函数表的指针。

现在，编译器如何满足具有多重继承的类的这些要求？

1)首先它需要为自己生成结构。虚拟表指针必须位于obj+0，就是这样。桌子会是什么样子？嗯，到基数的偏移量为0，显然，typeinfo数据和指向它的指针很容易生成，然后是第一个虚拟函数和第二个，没有什么特别的。任何知道定义的人RealClass可以进行相同的计算，因此他们知道在哪里可以找到虚函数表等中的函数。

2)然后它就可以让RealClass被传递为IFace1。所以它需要有一个指向虚拟表的指针IFace1格式化对象中的某处，那么虚拟表必须有该记录void fcn(int).

编译器很聪明，发现它可以重用它生成的第一个虚拟表，因为它符合这些要求。如果有任何成员字段，它们将存储在指向虚拟表的第一个指针之后，因此即使是它们也可以像派生类是基类一样简单地访问。到目前为止，一切都很好。

3)最后，如何处理该对象以便其他人能够将其用作IFace2？已经创建的一个 vtable 不能再使用了，因为IFace2需要它的void fcn1(int)处于vtbl+0.

因此，创建了另一个虚拟表，即您在转储中紧随第一个虚拟表之后看到的虚拟表，并且指向它的指针存储在RealClass在下一个可用的地方。第二个表需要有到基数的偏移量设置为 -8，因为真实对象从偏移量 -8 开始。它只包含指向该指针的指针IFace2虚函数，void fcn1(int).

对象中的虚拟指针（位于偏移量处）obj+8) 之后将跟随以下的任何成员数据字段IFace2，这样当给定指向该接口的指针时，任何继承或内联函数都可以再次工作。

好的，现在别人怎么能打电话给fcn1() from IFace2？那是什么non-virtual thunk to RealClass::fcn1(int)?

如果你通过了你的RealClass*指向一个陌生函数的指针，该函数需要IFace2*，编译器将发出代码将指针增加 8（或者无论多大）sizeof(void*) + sizeof(IFace1)是），这样函数就得到了以虚表指针开头的指针IFace2，然后是它的成员字段——正如我之前概述的合同中商定的那样。

当该函数想要调用时void IFace2::fcn1(int)，它会查看虚拟表，转到该特定函数的记录（第一个也是唯一一个）并调用它，this设置为作为指针传递的地址IFace2.

这里出现了一个问题：如果有人调用这个实现的方法RealClass on a RealClass指针，this指向基数RealClass。与IFace1。但是如果它是由拥有指向的指针的人调用的IFace2界面，this相反，将 8 个（或任意多个）字节指向对象！

因此，编译器需要多次生成该函数来适应这一点，否则它无法正确访问成员字段和其他方法，因为它根据调用该方法的人而有所不同。

编译器通过创建隐藏的隐式小代码来优化它，而不是让代码真正重复两次。thunk函数代替，这只是

1. 减少了this指针移动适当的量，
2. 调用真正的方法，现在无论谁调用它都可以正常工作。