面经 - C++子类和父类的内存分布情况

在C++中，子类和父类的内存分布情况取决于继承的方式（单继承、多继承、虚继承）以及类中是否包含虚函数。以下是几种常见的内存分布情况的详细说明：

单继承

父类和子类的内存布局

1. 子类对象的内存布局是父类成员变量和子类成员变量的连续排列

2. 如果父类中有虚函数，则子类对象中包含一个指向虚函数表（vtable）的指针（vptr），用于支持多态。

内存分布示例

class Base {
public:
    int a;
    virtual void func() {} // 虚函数
};

class Derived : public Base {
public:
    int b;
}

1. Base类的内存布局：vptr（4或8字节，取决于平台）+a（4字节）
2. Derived类的内存布局：vptr（与Base共享）+a（从Base继承）+b（4字节）

多继承

父类和子类的内存布局

1. 子类对象的内存布局是多个父类成员变量的连续排列，加上子类自己的成员变量。
2. 每个父类如果有虚函数，子类对象中会包含多个虚函数表指针（vptr）。

内存分布示例

class Base1 {
public:
    int a;
    virtual void func1() {} // 虚函数
};

class Base2 {
public:
    int b;
    virtual void func2() {} // 虚函数
};

class Derived : public Base1, public Base2 {
public:
    int c;
};

Derived类的内存布局

1. Base1的vptr+a（4字节）
2. Base2的vptr+b（4字节）
3. c（4字节）

虚继承

父类和子类的内存布局

1. 虚继承用于解决多继承中的重复继承问题（如菱形继承）。
2. 子类对象中会包含一个指向虚基类的指针（称为需基类指针，vptr），用于定位虚基类的成员变量。

内存分布示例

class Base {
public:
    int a;
};

class Derived1 : virtual public Base {
public:
    int b;
};

class Derived2 : virtual public Base {
    int c;
};

class Final : public Derived1, public Derived2 {
public:
    int d;
};

1. Derived1的内存布局：
   虚继承指针（vptr）+ b（4字节）。
   虚基类Base的成员变量a是单独存储的，不直接嵌入到Derived1中。
2. Derived2的内存布局类似Derived1。
3. Final类的内存布局：
   Derived1 的虚继承指针 + b。
   Derived2 的虚继承指针 + c。
   虚基类Base的成员变量a（共享）。
   d（4字节）

内存对齐

在C++中， 编译器会对类的成员变量进行内存对齐，以提高访问效率。
内存对齐可能导致类的大小大于成员变量实际占用的大小。

示例

class Example {
public:
    char c;     // 1 字节
    int a;      // 4 字节
};

实际内存大小可能是8字节（1字节的c+3字节的填充+4字节的a）