实现接口的 CRTP 类的 sizeof

Question

我有一个关于sizeof使用 CRTP 实现接口的类实例的问题，如下例所示。

#include <iostream>
class Interface
{
public:
    virtual int foo() {
        std::cout << "Interface\n";
        return 0;
        };
};

template <class Derived>
class Base : Interface
{
public:
    virtual int foo() override {
        Interface::foo();
        std::cout << "base\n";
        return static_cast<Derived*>(this)->bar2;
        }
    int bar;
};

class Derived : public Base<Derived>
{
public:
    virtual int foo() override {
            std::cout << "Derived\n";
        Base<Derived>::foo();
        return bar;
    }
    int bar2;
};

int main()
{
    std::cout << sizeof(Base<Derived>) << '\n';
    std::cout << sizeof(Derived) << '\n';
    return 0;
}

两者gcc和clang输出16为 和sizeof(Derived)，sizeof(Base<Derived>)如果我删除 Base 并在 Derived 中实现它，则结果相同，就好像它们都是相同的对象godbolt 示例

问题是，为什么会发生这种情况？当编译器看到使用 CRTP 时，它是否会简单地将Base<Derived>和组合到一个类中？Derived或者我错过了什么？编译器如何摆脱在 Derived 中存储指向 vtable 的额外指针并将其大小缩小到只有 1 个指针大小的开销？这种方法是否有任何隐藏的开销？

我期望编译器将一个指向 vtbl 的指针，Derived然后是 int，然后是一个指向 vtblBase的指针，然后是一个 int，然后是一个指向接口的 vtbl 的指针，以Derived将其大小转换为40字节，但情况似乎并非如此。

Answer 1

如果打印出数据成员bar和的偏移量bar2，就会很明显发生了什么：

std::cout << std::bit_cast<std::ptrdiff_t>(&Derived::bar) << '\n';
std::cout << std::bit_cast<std::ptrdiff_t>(&Derived::bar2) << '\n';

这打印：

8
12

由此看来，类的布局如下所示：

8
12

注：vptr是指向该对象的vtable的指针。

请记住，每个多态基类只有一个 vtable 指针。当派生类初始化时，它替换vptr基类中的子对象。另请参阅：vtable 存储在内存中的哪个位置？

的最后四个字节Base<Derived>是填充，并将Derived其bar2成员放入该填充中。这是允许的，因为它Base<Derived>是一个多态类，因此不是标准布局。因此，即使Derived多了一个数据成员，Base<Derived>它也不会占用更多的空间。

如果添加另一个int bar3成员，它应该占用 24 个字节。