1 環境搭建
書上類繼承相關章節到這裡就結束了，這裡不妨說下C++記憶體分布結構，我們來看看編譯器是怎麼處理類成員記憶體分布的，特别是在繼承、虛函數存在的情況下。
工欲善其事，必先利其器，我們先用好Visual Studio工具，像下面這樣一步一步來：
先選擇左側的C/C++->指令行，然後在其他選項這裡寫上/d1 reportAllClassLayout，它可以看到所有相關類的記憶體布局，如果寫上/d1 reportSingleClassLayoutXXX（XXX為類名），則隻會打出指定類XXX的記憶體布局。近期的VS版本都支援這樣配置。
2 單繼承
下面可以定義一個類，像下面這樣：
class Base
{
int a;
int b;
public:
void CommonFunction();
};
然後編譯一下，可以看到輸出框裡面有這樣的排布：
這裡不想花精力在記憶體對齊因素上，是以成員變量都設為int型。
從這裡可以看到普通類的排布方式，成員變量依據聲明的順序進行排列（類内偏移為0開始），成員函數不占記憶體空間。
再看下繼承，往後面添加如下代碼：
class DerivedClass: public Base
{
int c;
public:
void DerivedCommonFunction();
};
編譯，然後看到如下的記憶體分布（父類的記憶體分布不變，這裡隻讨論子類成員變量的記憶體分布）：
可以看到子類繼承了父類的成員變量，在記憶體排布上，先是排布了父類的成員變量，接着排布子類的成員變量，同樣，成員函數不占位元組。
下面給基類加上虛函數，暫時注釋掉DerivedClass，看一下這時的記憶體排布：
class Base
{
int a;
int b;
public:
void CommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
};
這個記憶體結構圖分成了兩個部分，上面是記憶體分布，下面是虛表，我們逐個看。VS所帶編譯器是把虛表指針放在了記憶體的開始處（0位址偏移），然後再是成員變量；下面生成了虛表，緊跟在&Base1_meta後面的0表示，這張虛表對應的虛指針在記憶體中的分布，下面列出了虛函數，左側的0是這個虛函數的序号，這裡隻有一個虛函數，是以隻有一項，如果有多個虛函數，會有序号為1，為2的虛函數列出來。
編譯器是在構造函數建立這個虛表指針以及虛表的。
那麼編譯器是如何利用虛表指針與虛表來實作多态的呢？是這樣的，當建立一個含有虛函數的父類的對象時，編譯器在對象構造時将虛表指針指向父類的虛函數；同樣，當建立子類的對象時，編譯器在構造函數裡将虛表指針（子類隻有一個虛表指針，它來自父類）指向子類的虛表（這個虛表裡面的虛函數入口位址是子類的）。
是以，如果是調用Base *p = new Derived();生成的是子類的對象，在構造時，子類對象的虛指針指向的是子類的虛表，接着由Derived*到Base*的轉換并沒有改變虛表指針，是以這時候p->VirtualFunction，實際上是p->vfptr->VirtualFunction，它在構造的時候就已經指向了子類的VirtualFunction，是以調用的是子類的虛函數，這就是多态了。
下面加上子類，并在子類中添加虛函數，像下面這樣：
class DerivedClass: public Base
{
int c;
public:
void DerivedCommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
};
可以看到子類記憶體的排布如下：
上半部是記憶體分布，可以看到，虛表指針被繼承了，且仍位于記憶體排布的起始處，下面是父類的成員變量a和b，最後是子類的成員變量c，注意虛表指針隻有一個，子類并沒有再生成虛表指針了；下半部的虛表情況與父類是一樣的。
我們把子類換個代碼，像這樣：
class DerivedClass1 : public Base
{
int c;
public:
void DerivedCommonFunction();
void virtual VirtualFunction2();
};
注意到這時我們并沒有覆寫父類的虛方法，而是重聲明了一個新的子類虛方法，記憶體分布如下：
還是隻有一個虛表指針，但是下方虛表的内容變化了，虛表的0号是父類的VirtualFunction，而1号放的是子類的VirtualFunction2。也就是說，如果定義了DerivedClass的對象，那麼在構造時，虛表指針就會指向這個虛表，以後如果調用的是VirtualFunction，那麼會從父類中尋找對應的虛函數，如果調用的是VirtualFunction2，那麼會從子類中尋找對應的虛函數。
我們再改造一下子類，像這樣：
class DerivedClass1 : public Base
{
int c;
public:
void DerivedCommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
void virtual VirtualFunction2();
};
我們既覆寫父類的虛函數，也有新添的虛函數，那麼可以料想的到，是下面的這種記憶體分布：
2 多繼承
下面來讨論多重繼承，代碼如下：
class Base
{
int a;
int b;
public:
void CommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
};
class DerivedClass1: public Base
{
int c;
public:
void DerivedCommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
};
class DerivedClass2 : public Base
{
int d;
public:
void DerivedCommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
};
class DerivedDerivedClass : public DerivedClass1, public DerivedClass2
{
int e;
public:
void DerivedDerivedCommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
};
記憶體分布從父類到子類，依次如下：
Base中有一個虛表指針，位址偏移為0
DerivedClass1繼承了Base，記憶體排布是先父類後子類。
DerivedClass2的情況是類似于DerivedClass1的。
下面我們重點看看這個類DerivedDerivedClass，由外向内看，它并列地排布着繼承而來的兩個父類DerivedClass1與DerivedClass2，還有自身的成員變量e。DerivedClass1包含了它的成員變量c，以及Base，Base有一個0位址偏移的虛表指針，然後是成員變量a和b；DerivedClass2的記憶體排布類似于DerivedClass1，注意到DerivedClass2裡面竟然也有一份Base。
這裡有兩份虛表了，分别針對DerivedClass1與DerivedClass2，在&DerivedDericedClass_meta下方的數字是首位址偏移量，靠下面的虛表的那個-16表示指向這個虛表的虛指針的記憶體偏移，這正是DerivedClass2中的{vfptr}在DerivedDerivedClass的記憶體偏移。
4 虛繼承
如果采用虛繼承，像下面這樣：
class DerivedClass1: virtual public Base
{
int c;
public:
void DerivedCommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
};
class DerivedClass2 : virtual public Base
{
int d;
public:
void DerivedCommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
};
class DerivedDerivedClass : public DerivedClass1, public DerivedClass2
{
int e;
public:
void DerivedDerivedCommonFunction();
void virtual VirtualFunction();
};
Base類沒有變化，但往下看：
DerivedClass1就已經有變化了，原來是先排虛表指針與Base成員變量，vfptr位于0位址偏移處；但現在有兩個虛表指針了，一個是vbptr，另一個是vfptr。vbptr是這個DerivedClass1對應的虛表指針，它指向DerivedClass1的虛表vbtable，另一個vfptr是虛基類表對應的虛指針，它指向vftable。
下面列出了兩張虛表，第一張表是vbptr指向的表，8表示{vbptr}與{vfptr}的偏移；第二張表是vfptr指向的表，-8指明了這張表所對應的虛指針位于記憶體的偏移量。
DerivedClass2的記憶體分布類似于DerivedClass1，同樣會有兩個虛指針，分别指向兩張虛表（第二張是虛基類表）。
下面來仔細看一下DerivedDerivedClass的記憶體分布，這裡面有三個虛指針了，但base卻隻有一份。第一張虛表是内含DerivedClass1的，20表示它的虛指針{vbptr}離虛基表指針{vfptr}的距離，第二張虛表是内含DerivedClass2的，12表示它的虛指針{vbptr}離虛基表指針{vfptr}的距離，最後一張表是虛基表，-20指明了它對應的虛指針{vfptr}在記憶體中的偏移。
虛繼承的作用是減少了對基類的重複，代價是增加了虛表指針的負擔（更多的虛表指針）。
下面總結一下（當基類有虛函數時）：
1. 每個類都有虛指針和虛表；
2. 如果不是虛繼承，那麼子類将父類的虛指針繼承下來，并指向自身的虛表（發生在對象構造時）。有多少個虛函數，虛表裡面的項就會有多少。多重繼承時，可能存在多個的基類虛表與虛指針；
3. 如果是虛繼承，那麼子類會有兩份虛指針，一份指向自己的虛表，另一份指向虛基表，多重繼承時虛基表與虛基表指針有且隻有一份。
本文轉自：
http://www.cnblogs.com/jerry19880126/p/3616999.html