请教一下C++类的继承（虚继承和多继承）导致Class内存变化的问题

Question

请教一下C++类的继承（虚继承和多继承）导致内存变化的问题：

class Class_Base
    {
    private:
        int base_data;
    public:
        void f1() {cout << "\nLet's find the mean.\n";}
        void f2() {cout << "\nLet's find the median.\n";}
        virtual void f3() {cout << "\nLet's find the mode.\n";}
    };

class Class_E: virtual/public Class_Base
    {
    private:
        int derived_data1;
    public:
        void f4() {cout << "\nLet's find the variance.\n";}
        void f5() {cout << "\nLet's find the deviation.\n";}
    };
class Class_F: virtual/public Class_Base
    {
    private:
        int derived_data2;
    public:
        void f4() {cout << "\nLet's find the variance.\n";}
        virtual void f6() {cout << "\nLet's find the standard deviation.\n";}
    };

class Class_GG: public Class_E, public Class_F
    {
    public:
        void functions()
            {
            Class_E :: f4();
            f5();
            Class_F :: f4();
            f6();
            }
    };

int main()
    {
    printf("\nThe size of the base class is %d.", sizeof(Class_Base));
    printf("\nThe size of the 1st derived class is %d.", sizeof(Class_E));
    printf("\nThe size of the 2nd derived class is %d.", sizeof(Class_F));
    printf("\nThe size of the derived-derived class is %d.", sizeof(Class_GG));
    return 0;
    }

经过我的实验，

1. 如果Base所有函数都是void（包括f3）没有virtual，那么派生Class_E的大小是8。
2. 如果只要有一个Base函数（比如f3）是virtual，或者派生Class_E的继承本身是virtual，那么派生Class_E的大小是16。
3. 如果既有Base虚函数（比如f3）、又有虚继承，那么派生Class_E的大小是32。
   所以，请问：为什么是8、16、32这样的大小呢？

另外，如果Class_E和Class_F从Class_Base派生时都是虚继承virtual而不是public继承，那么在Class_GG里，本来应该可以避免Class_E和Class_F都有一个叫f4()的函数的命名冲突。但是我又试了一下，先把Class_E和Class_F都改成从Class_Base的虚继承，再在Class_GG里这样写

class Class_GG: Class_E, Class_F // 或者public Class_E, public Class_F // 或者virtual Class_E, vitual Class_F
    {
    public:
        void functions()
            {
            f4();
            f5();
            f6();
            }
    };

然而编译时却无法通过。请问：到底应该怎么解决这种多继承里函数命名的冲突呢？ functions()到底又是什么呢？

谢谢！

Answer 1

如果了解了C++内存对象模型，就可以解释这些行为。
主要有两点：virtual函数依靠vptr，在运行时确定实际函数；virtual继承的积累在整个继承体系中共享一个积累对象。

以下根据Linux中使用g++编译器实现的内存模型进行分析。

1. 如果Base所有函数都是void（包括f3）没有virtual，那么派生Class_E的大小是8。

   Class_E类的内存对象模型如下：
   +-----------------------+ 0
   | base_data(4 bytes)    |
   +-----------------------+ 4
   | derived_data1(4 bytes)|
   +-----------------------+ 8
   

2. 如果只要有一个Base函数（比如f3）是virtual，那么派生Class_E的大小是16。

   Class_E类的内存对象模型如下：
   +-----------------------+ 0
   | vptr(8 bytes)         |
   +-----------------------+ 8
   | base_data(4 bytes)    |
   +-----------------------+ 12
   | derived_data1(4 bytes)|
   +-----------------------+ 16
   

3. 如果派生Class_E的继承本身是virtual，那么派生Class_E的大小是16。

   Class_E类的内存对象模型如下：
   +-----------------------+ 0
   | vptr(8 bytes)         |
   +-----------------------+ 8
   | derived_data1(4 bytes)|
   +-----------------------+ 12
   | base_data1(4 bytes)   |
   +-----------------------+ 16
   

4.如果既有Base虚函数（比如f3）、又有虚继承，那么派生Class_E的大小是32。

Class_E类的内存对象模型如下：
+-----------------------+ 0
| vptr(8 bytes)         |
+-----------------------+ 8
| derived_data1(4 bytes)|
+-----------------------+
| padding(4 bytes)      |
+-----------------------+ 16
| Base vptr(8 bytes)    |
+-----------------------+ 24
| base_data1(4 bytes)   |
+-----------------------+ 
| padding(4 bytes)      |
+-----------------------+ 32

1. Class_E和Class_F中有同样的函数f4，由于是不同的两个基类，没有办法通过虚拟继承解决冲突，只有明确cast到对应的类型才可以确定具体调用哪个函数。

参考：《深度探索C++内存对象模型》