C++ 物件記憶體佈局揭秘：單一繼承、多重繼承與虛函數表指標實測

C++ 標準僅規定「非靜態成員依宣告順序配置」，具體佈局由編譯器決定（ABI）。本文以 MSVC 6.0 為例，透過取址輸出與 Placement New 實驗，直觀展示單一繼承、多重繼承下的資料成員排列、vptr 位置與數量，助你理解物件模型本質。

實驗類別階層

class Point2d { public: int _x, _y; virtual void f() {} };           // 1 vptr
class Point3d : public Point2d { public: int _z; };                  // 單繼承
class Vertex { public: int next; virtual void h() {} };              // 1 vptr
class Vertex3d : public Point3d, public Vertex { public: int mumble; }; // 多重繼承

MSVC 6.0 實測輸出

&v3d      = 0x0012ff64  ← Vertex3d 起始位址 = Point3d 子物件 = Point2d 子物件
&_x      = 0x0012ff68  ← Point2d::_x
&_y      = 0x0012ff6c  ← Point2d::_y
&_z      = 0x0012ff70  ← Point3d::_z
&pv      = 0x0012ff74  ← Vertex 子物件起始 = 第二個 vptr
&next    = 0x0012ff78  ← Vertex::next
&mumble  = 0x0012ff7c  ← Vertex3d::mumble

記憶體佈局圖解

Vertex3d (sizeof = 28 bytes)
├── Point2d 子物件 (offset 0)
│   ├── vptr #1 → Point2d vtable
│   ├── _x (4)
│   └── _y (4)
├── Point3d 擴充 (offset 12)
│   └── _z (4)
├── Vertex 子物件 (offset 16)
│   ├── vptr #2 → Vertex vtable
│   └── next (4)
└── Vertex3d 自身 (offset 24)
    └── mumble (4)

關鍵觀察

• 多重繼承 = 多個子物件 = 多個 vptr：每個帶有虛函數的基類子物件擁有自己的 vptr。
• 基類順序決定子物件順序：class D : public B1, public B2 → B1 在低位址，B2 緊隨其後。
• 衍生類新增成員置於最後：mumble 排在所有基類子物件之後。
• 指標轉型調整位址：Vertex* pv = &v3d 時，編譯器自動加上 offsetof(Vertex3d, Vertex) (16 bytes)。

Placement New 驗證技巧

long storage[30];
Vertex3d* p = new (storage) Vertex3d; // 在陣列上建構物件
for (int i=0; i