vtable：底层算法

Question

我对 vtables 的理解是，如果我有一个 class 带有虚函数 speak() 的 Cat 以及 subclasses Lion 和 HouseCat，则有一个映射 speak() 的 vtable到每个 Subclass 的正确实现。所以打个电话

cat.speak()

编译为

cat.vtable[0]()

即在vtable位置0处查找，并调用该位置的函数指针。

我的问题是：多重继承会发生什么？

让我们添加一个 class 宠物。 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]()

即vtable[0]需要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，这将是非常错误的。

编译器如何确保 vtable 索引适合在一起？

Answer 1

规范没有设置任何内容，但通常编译器会为每个直接非虚拟基 class 生成一个 vtable，再加上一个用于派生 class 的 vtable - 然后是 vtable第一个基础 class 和派生 class 的 vtable 将被合并。

更具体地说，编译器在构造 classes 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 Cat、Lion 和 HouseCat"Cat" 部分
• pet.eat()
  • obj[0][0]() - 对 Pet 和 HouseCat"Pet" 部分有效
• lion.speak()
  • obj[0][0]() - 适用于 Lion
• houseCat.speak()
  • obj[0][0]() - 适用于 HouseCat"Cat" 部分
• houseCat.eat()
  • obj[Cat size][0]() - 适用于 HouseCat
  的 "Pet" 部分
• (Cat)houseCat
  • obj
• (Pet)houseCat
  • obj + Cat size

所以我猜让您感到困惑的关键是 (1) 多个 vtable 是可能的，并且 (2) upcasts 实际上可能 return 一个不同的地址。