Регулярное наследование
В типичном 3-х уровневом наследовании без виртуального наследования без виртуального наследования, когда вы создаете новый самый производный объект, вызывается новый, и требуемый для объекта размер определяется компилятором из типа класса и передается новому.
новый имеет подпись:
_GLIBCXX_WEAK_DEFINITION void *
operator new (std::size_t sz) _GLIBCXX_THROW (std::bad_alloc)
И звонит malloc , возвращая пустой указатель
Затем он передается конструктору самого производного объекта, который немедленно вызовет средний конструктор, а затем средний конструктор немедленно вызовет базовый конструктор. Затем база сохраняет указатель на свою виртуальную таблицу в начале объекта, а затем его атрибуты после него. Затем он возвращается к среднему конструктору, который будет хранить свой указатель виртуальной таблицы в том же месте, а затем его атрибуты после атрибутов, которые были бы сохранены базовым конструктором. Он возвращает наиболее производный конструктор, который хранит указатель на свою виртуальную таблицу в том же месте, а затем его атрибуты после атрибутов, которые были бы сохранены средним конструктором.
Поскольку указатель виртуальной таблицы перезаписывается, указатель виртуальной таблицы всегда оказывается одним из самых производных классов. Виртуальность распространяется на самый производный класс, поэтому, если функция является средней в среднем классе, она будет виртуальной в самом производном классе, но не в базовом классе. Если вы полиморфно приводите экземпляр самого производного класса к указателю на базовый класс, то компилятор не разрешит это косвенным вызовом виртуальной таблицы и вместо этого вызовет функцию напрямую A::function(). Если функция является виртуальной для типа, к которому вы ее приводите, она преобразуется в вызов виртуальной таблицы, которая всегда будет функцией самого производного класса. Если он не является виртуальным для этого типа, он просто вызоветType::function() и передаст на него указатель объекта, приведенный к типу.
На самом деле, когда я говорю указатель на его виртуальную таблицу, на самом деле это всегда смещение 16 в виртуальной таблице.
vtable for Base:
.quad 0
.quad typeinfo for Base
.quad Base::CommonFunction()
.quad Base::VirtualFunction()
pointer is typically to the first function i.e.
mov edx, OFFSET FLAT:vtable for Base+16
virtualне требуется снова в более производных классах, если он виртуален в менее производном классе, потому что он распространяется. Но его можно использовать, чтобы показать, что функция действительно является виртуальной функцией, без необходимости проверять классы, которые она наследует определения типов.
override это еще одна защита компилятора, которая говорит, что эта функция что-то переопределяет, а если нет, выдает ошибку компилятора.
= 0 означает, что это абстрактная функция
final предотвращает повторную реализацию виртуальной функции в более производном классе и гарантирует, что виртуальная таблица самого производного класса содержит конечную функцию этого класса.
= default в документации четко указано, что компилятор будет использовать реализацию по умолчанию
= delete выдает ошибку компилятора при попытке вызова этого
Виртуальное Наследование
Рассматривать
class Base
{
int a = 1;
int b = 2;
public:
void virtual CommonFunction(){} ;
void virtual VirtualFunction(){} ;
};
class DerivedClass1: virtual public Base
{
int c = 3;
public:
void virtual DerivedCommonFunction(){} ;
void virtual VirtualFunction(){} ;
};
class DerivedClass2 : virtual public Base
{
int d = 4;
public:
//void virtual DerivedCommonFunction(){} ;
void virtual VirtualFunction(){} ;
void virtual DerivedCommonFunction2(){} ;
};
class DerivedDerivedClass : public DerivedClass1, public DerivedClass2
{
int e = 5;
public:
void virtual DerivedDerivedCommonFunction(){} ;
void virtual VirtualFunction(){} ;
};
int main () {
DerivedDerivedClass* d = new DerivedDerivedClass;
d->VirtualFunction();
d->DerivedCommonFunction();
d->DerivedCommonFunction2();
d->DerivedDerivedCommonFunction();
((DerivedClass2*)d)->DerivedCommonFunction2();
((Base*)d)->VirtualFunction();
}
Практически не наследуя класс баса, вы получите объект, который выглядит следующим образом:
Вместо этого:
Т.е. будет 2 базовых объекта.
В описанной выше ситуации виртуального наследования алмазов после вызова new он вызывает самый производный конструктор, и в этом конструкторе он вызывает все 3 производных конструктора, передавая смещения в таблицу виртуальных таблиц, вместо вызова только вызова DerivedClass1::DerivedClass1()иDerivedClass2::DerivedClass2() затем те , как призваниеBase::Base()
Следующее все скомпилировано в режиме отладки -O0, поэтому будет избыточная сборка
main:
.LFB8:
push rbp
mov rbp, rsp
push rbx
sub rsp, 24
mov edi, 48 //pass size to new
call operator new(unsigned long) //call new
mov rbx, rax //move the address of the allocation to rbx
mov rdi, rbx //move it to rdi i.e. pass to the call
call DerivedDerivedClass::DerivedDerivedClass() [complete object constructor] //construct on this address
mov QWORD PTR [rbp-24], rbx //store the address of the object on the stack as d
DerivedDerivedClass::DerivedDerivedClass() [complete object constructor]:
.LFB20:
push rbp
mov rbp, rsp
sub rsp, 16
mov QWORD PTR [rbp-8], rdi
.LBB5:
mov rax, QWORD PTR [rbp-8] // object address now in rax
add rax, 32 //increment address by 32
mov rdi, rax // move object address+32 to rdi i.e. pass to call
call Base::Base() [base object constructor]
mov rax, QWORD PTR [rbp-8] //move object address to rax
mov edx, OFFSET FLAT:VTT for DerivedDerivedClass+8 //move address of VTT+8 to edx
mov rsi, rdx //pass VTT+8 address as 2nd parameter
mov rdi, rax //object address as first
call DerivedClass1::DerivedClass1() [base object constructor]
mov rax, QWORD PTR [rbp-8] //move object address to rax
add rax, 16 //increment object address by 16
mov edx, OFFSET FLAT:VTT for DerivedDerivedClass+24 //store address of VTT+24 in edx
mov rsi, rdx //pass address of VTT+24 as second parameter
mov rdi, rax //address of object as first
call DerivedClass2::DerivedClass2() [base object constructor]
mov edx, OFFSET FLAT:vtable for DerivedDerivedClass+24 //move this to edx
mov rax, QWORD PTR [rbp-8] // object address now in rax
mov QWORD PTR [rax], rdx. //store address of vtable for DerivedDerivedClass+24 at the start of the object
mov rax, QWORD PTR [rbp-8] // object address now in rax
add rax, 32 // increment object address by 32
mov edx, OFFSET FLAT:vtable for DerivedDerivedClass+120 //move this to edx
mov QWORD PTR [rax], rdx //store vtable for DerivedDerivedClass+120 at object+32 (Base)
mov edx, OFFSET FLAT:vtable for DerivedDerivedClass+72 //store this in edx
mov rax, QWORD PTR [rbp-8] //move object address to rax
mov QWORD PTR [rax+16], rdx //store vtable for DerivedDerivedClass+72 at object+16 (DerivedClass2)
mov rax, QWORD PTR [rbp-8]
mov DWORD PTR [rax+28], 5
.LBE5:
nop
leave
ret
Он вызывает Base::Base()с указателем на смещение объекта 32. Base хранит указатель на свою виртуальную таблицу по адресу, который он получает, и его членам после него.
Base::Base() [base object constructor]:
.LFB11:
push rbp
mov rbp, rsp
mov QWORD PTR [rbp-8], rdi //stores address of object on stack (-O0)
.LBB2:
mov edx, OFFSET FLAT:vtable for Base+16 //puts vtable for Base+16 in edx
mov rax, QWORD PTR [rbp-8] //copies address of object from stack to rax
mov QWORD PTR [rax], rdx //stores it address of object
mov rax, QWORD PTR [rbp-8] //copies address of object on stack to rax again
mov DWORD PTR [rax+8], 1 //stores a = 1 in the object
mov rax, QWORD PTR [rbp-8] //junk from -O0
mov DWORD PTR [rax+12], 2 //stores b = 2 in the object
.LBE2:
nop
pop rbp
ret
DerivedDerivedClass::DerivedDerivedClass()затем вызывает DerivedClass1::DerivedClass1()с указателем на объект смещения 0, а также передает адресVTT for DerivedDerivedClass+8
DerivedClass1::DerivedClass1() [base object constructor]:
.LFB14:
push rbp
mov rbp, rsp
mov QWORD PTR [rbp-8], rdi //address of object
mov QWORD PTR [rbp-16], rsi //address of VTT+8
.LBB3:
mov rax, QWORD PTR [rbp-16] //address of VTT+8 now in rax
mov rdx, QWORD PTR [rax] //address of DerivedClass1-in-DerivedDerivedClass+24 now in rdx
mov rax, QWORD PTR [rbp-8] //address of object now in rax
mov QWORD PTR [rax], rdx //store address of DerivedClass1-in-.. in the object
mov rax, QWORD PTR [rbp-8] // address of object now in rax
mov rax, QWORD PTR [rax] //address of DerivedClass1-in.. now implicitly in rax
sub rax, 24 //address of DerivedClass1-in-DerivedDerivedClass+0 now in rax
mov rax, QWORD PTR [rax] //value of 32 now in rax
mov rdx, rax // now in rdx
mov rax, QWORD PTR [rbp-8] //address of object now in rax
add rdx, rax //address of object+32 now in rdx
mov rax, QWORD PTR [rbp-16] //address of VTT+8 now in rax
mov rax, QWORD PTR [rax+8] //address of DerivedClass1-in-DerivedDerivedClass+72 (Base::CommonFunction()) now in rax
mov QWORD PTR [rdx], rax //store at address object+32 (offset to Base)
mov rax, QWORD PTR [rbp-8] //store address of object in rax, return
mov DWORD PTR [rax+8], 3 //store its attribute c = 3 in the object
.LBE3:
nop
pop rbp
ret
VTT for DerivedDerivedClass:
.quad vtable for DerivedDerivedClass+24
.quad construction vtable for DerivedClass1-in-DerivedDerivedClass+24
.quad construction vtable for DerivedClass1-in-DerivedDerivedClass+72
.quad construction vtable for DerivedClass2-in-DerivedDerivedClass+24
.quad construction vtable for DerivedClass2-in-DerivedDerivedClass+72
.quad vtable for DerivedDerivedClass+120
.quad vtable for DerivedDerivedClass+72
construction vtable for DerivedClass1-in-DerivedDerivedClass:
.quad 32
.quad 0
.quad typeinfo for DerivedClass1
.quad DerivedClass1::DerivedCommonFunction()
.quad DerivedClass1::VirtualFunction()
.quad -32
.quad 0
.quad -32
.quad typeinfo for DerivedClass1
.quad Base::CommonFunction()
.quad virtual thunk to DerivedClass1::VirtualFunction()
construction vtable for DerivedClass2-in-DerivedDerivedClass:
.quad 16
.quad 0
.quad typeinfo for DerivedClass2
.quad DerivedClass2::VirtualFunction()
.quad DerivedClass2::DerivedCommonFunction2()
.quad -16
.quad 0
.quad -16
.quad typeinfo for DerivedClass2
.quad Base::CommonFunction()
.quad virtual thunk to DerivedClass2::VirtualFunction()
vtable for DerivedDerivedClass:
.quad 32
.quad 0
.quad typeinfo for DerivedDerivedClass
.quad DerivedClass1::DerivedCommonFunction()
.quad DerivedDerivedClass::VirtualFunction()
.quad DerivedDerivedClass::DerivedDerivedCommonFunction()
.quad 16
.quad -16
.quad typeinfo for DerivedDerivedClass
.quad non-virtual thunk to DerivedDerivedClass::VirtualFunction()
.quad DerivedClass2::DerivedCommonFunction2()
.quad -32
.quad 0
.quad -32
.quad typeinfo for DerivedDerivedClass
.quad Base::CommonFunction()
.quad virtual thunk to DerivedDerivedClass::VirtualFunction()
virtual thunk to DerivedClass1::VirtualFunction():
mov r10, QWORD PTR [rdi]
add rdi, QWORD PTR [r10-32]
jmp .LTHUNK0
virtual thunk to DerivedClass2::VirtualFunction():
mov r10, QWORD PTR [rdi]
add rdi, QWORD PTR [r10-32]
jmp .LTHUNK1
virtual thunk to DerivedDerivedClass::VirtualFunction():
mov r10, QWORD PTR [rdi]
add rdi, QWORD PTR [r10-32]
jmp .LTHUNK2
non-virtual thunk to DerivedDerivedClass::VirtualFunction():
sub rdi, 16
jmp .LTHUNK3
.set .LTHUNK0,DerivedClass1::VirtualFunction()
.set .LTHUNK1,DerivedClass2::VirtualFunction()
.set .LTHUNK2,DerivedDerivedClass::VirtualFunction()
.set .LTHUNK3,DerivedDerivedClass::VirtualFunction()
DerivedDerivedClass::DerivedDerivedClass()затем передает адрес объекта + 16 и адрес для VTT DerivedDerivedClass+24к DerivedClass2::DerivedClass2()которой сборка идентична DerivedClass1::DerivedClass1()за исключением того линии , mov DWORD PTR [rax+8], 3которые , очевидно , имеет 4 вместо 3 для d = 4.
После этого он заменяет все 3 указателя виртуальных таблиц в объекте указателями на смещения в DerivedDerivedClassvtable таблицы представления этого класса.
d->VirtualFunction();:
mov rax, QWORD PTR [rbp-24] //store pointer to virtual table in rax
mov rax, QWORD PTR [rax] //dereference and store in rax
add rax, 8 // call the 2nd function in the table
mov rdx, QWORD PTR [rax] //dereference
mov rax, QWORD PTR [rbp-24]
mov rdi, rax
call rdx
d->DerivedCommonFunction();:
mov rax, QWORD PTR [rbp-24]
mov rdx, QWORD PTR [rbp-24]
mov rdx, QWORD PTR [rdx]
mov rdx, QWORD PTR [rdx]
mov rdi, rax
call rdx
d->DerivedCommonFunction2();:
mov rax, QWORD PTR [rbp-24]
lea rdx, [rax+16]
mov rax, QWORD PTR [rbp-24]
mov rax, QWORD PTR [rax+16]
add rax, 8
mov rax, QWORD PTR [rax]
mov rdi, rdx
call rax
d->DerivedDerivedCommonFunction();:
mov rax, QWORD PTR [rbp-24]
mov rax, QWORD PTR [rax]
add rax, 16
mov rdx, QWORD PTR [rax]
mov rax, QWORD PTR [rbp-24]
mov rdi, rax
call rdx
((DerivedClass2*)d)->DerivedCommonFunction2();:
cmp QWORD PTR [rbp-24], 0
je .L14
mov rax, QWORD PTR [rbp-24]
add rax, 16
jmp .L15
.L14:
mov eax, 0
.L15:
cmp QWORD PTR [rbp-24], 0
cmp QWORD PTR [rbp-24], 0
je .L18
mov rdx, QWORD PTR [rbp-24]
add rdx, 16
jmp .L19
.L18:
mov edx, 0
.L19:
mov rdx, QWORD PTR [rdx]
add rdx, 8
mov rdx, QWORD PTR [rdx]
mov rdi, rax
call rdx
((Base*)d)->VirtualFunction();:
cmp QWORD PTR [rbp-24], 0
je .L20
mov rax, QWORD PTR [rbp-24]
mov rax, QWORD PTR [rax]
sub rax, 24
mov rax, QWORD PTR [rax]
mov rdx, rax
mov rax, QWORD PTR [rbp-24]
add rax, rdx
jmp .L21
.L20:
mov eax, 0
.L21:
cmp QWORD PTR [rbp-24], 0
cmp QWORD PTR [rbp-24], 0
je .L24
mov rdx, QWORD PTR [rbp-24]
mov rdx, QWORD PTR [rdx]
sub rdx, 24
mov rdx, QWORD PTR [rdx]
mov rcx, rdx
mov rdx, QWORD PTR [rbp-24]
add rdx, rcx
jmp .L25
.L24:
mov edx, 0
.L25:
mov rdx, QWORD PTR [rdx]
add rdx, 8
mov rdx, QWORD PTR [rdx]
mov rdi, rax
call rdx