深度剖析C 虚表工作机制讲述
创始人
2024-06-20 13:31:24
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下面主要进行C++虚表的介绍与说明,对于多态,简而言之就是用父类型别的指针指向其子类的实例,然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数。这种技术可以让父类的指针有“多种形态”,这是一种泛型技术。

所谓泛型技术,说白了就是试图使用不变的代码来实现可变的算法。比如:模板技术,RTTI技术,虚函数技术,要么是试图做到在编译时决议,要么试图做到运行时决议。 关于虚函数的使用方法,我在这里不做过多的阐述。大家可以看看相关的C++的书籍。在这篇文章中,我只想从虚函数的实现机制上面为大家 一个清晰的剖析。

当然,相同的文章在网上也出现过一些了,但我总感觉这些文章不是很容易阅读,大段大段的代码,没有图片,没有详细的说明,没有比较,没有举一反三。不利于学习和阅读,所以这是我想写下这篇文章的原因。也希望大家多给我提意见。 言归正传,让我们一起进入虚函数的世界。

C++虚表
C++ 了解的人都应该知道虚函数(Virtual Function)是通过一张虚函数表(Virtual Table)来实现的。简称为V-Table。在这个表中,主是要一个类的虚函数的地址表,这张表解决了继承、覆盖的问题,保证其容真实反应实际的函数。#t#

这样,在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了这个实例的内存中,所以,当我们用父类的指针来操作一个子类的时候,这张虚函数表就显得由为重要了,它就像一个地图一样,指明了实际所应该调用的函数。

这里我们着重看一下这张虚函数表。在C++虚表的标准规格说明书中说到,编译器必需要保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置(这是为了保证正确取到虚函数的偏移量)。 这意味着我们通过对象实例的地址得到这张虚函数表,然后就可以遍历其中函数指针,并调用相应的函数。 听我扯了那么多,我可以感觉出来你现在可能比以前更加晕头转向了。 没关系,下面就是实际的例子,相信聪明的你一看就明白了。

假设我们有这样的一个类:

  1. class Base {   
  2.  
  3. public:   
  4.  
  5. virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }   
  6.  
  7. virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }   
  8.  
  9. virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }   
  10.  
  11. };   
  12.  
  13. 按照上面的说法,我们可以通过Base的实例来得到虚函数表。 下面是实际例程:   
  14.  
  15. typedef void(*Fun)(void);   
  16.  
  17. Base b;   
  18.  
  19. Fun pFun = NULL;   
  20.  
  21. cout << "虚函数表地址:" << (int*)(&b) << endl;   
  22.  
  23. cout << "虚函数表 — 第一个函数地址:" << (int*)*(int*)(&b) << endl;   
  24.  
  25. // Invoke the first virtual function   
  26.  
  27. pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b));   
  28.  
  29. pFun();  

通过这个示例,我们可以看到,我们可以通过强行把&b转成int *,取得虚函数表的地址,然后,再次取址就可以得到第一个虚函数的地址了,也就是Base::f(),这在上面的程序中得到了验证(把int* 强制转成了函数指针)。通过这个示例,我们就可以知道如果要调用Base::g()和Base::h(),其代码如下:

  1. (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0); // Base::f()   
  2.  
  3. (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1); // Base::g()   
  4.  
  5. (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2); // Base::h()  

下面,我将分别说明“无覆盖”和“有覆盖”时的虚函数表的样子。没有覆盖父类的C++虚表是毫无意义的。我之所以要讲述没有覆盖的情况,主要目的是为了给一个对比。在比较之下,我们可以更加清楚地知道其内部的具体实现。

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