C++——虚函数表解析

时间：2018-08-29 22:53:29 阅读：371 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

转自：https://blog.csdn.net/haoel/article/details/1948051

前言

C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制。关于多态，简而言之就是用父类型指针指向其子类的实例，然后通过父类型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。

虚函数表

对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。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。C++的编译器应该是保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置（这是为了保证取到虚函数表的有最高的性能——如果有多层继承或是多重继承的情况下）。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 public:
3     virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
4     virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }
5     virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }
6 };

View Code

按照上面的说法，我们可以通过Base的实例来得到虚函数表。下面是实际代码：

 1 #include<iostream>
 2 using namespace std;
 3 
 4 class Base {
 5 public:
 6     virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
 7     virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }
 8     virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }
 9 };
10 
11 typedef void(*Fun)(void);
12 
13 void main()
14 {
15     Base b;
16     Fun pFun = NULL;
17     cout << "虚函数表地址：" << *(int*)(&b) << endl;
18     cout << "虚函数表 — 第一个函数地址：" << (int*)*(int*)(&b) << endl;
19     pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b));
20     pFun();
21 }

View Code

备注：由于画图太费劲，就不改了。cout << "虚函数表 — 第一个函数地址：" << (int*)*(int*)(&b) << endl;这句话改为cout << "虚函数表 — 第一个函数地址：" << *(int*)*(int*)(&b) << endl;

技术分享图片

如何调用Base::g()和Base::h()呢？代码如下

 1 #include<iostream>
 2 using namespace std;
 3 
 4 class Base {
 5 public:
 6     virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
 7     virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }
 8     virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }
 9 };
10 
11 typedef void(*Fun)(void);
12 
13 void main()
14 {
15     Base b;
16     Fun pFunf = NULL;
17     Fun pFung = NULL;
18     Fun pFunh = NULL;
19     cout << "虚函数表地址：" << *(int*)(&b) << endl;
20     cout << "虚函数表 — 第一个函数地址：" << *(int*)*(int*)(&b) << endl;
21     pFunf = (Fun)*((int*)*(int*)(&b) + 0);
22     pFung = (Fun)*((int*)*(int*)(&b) + 1);
23     pFunh = (Fun)*((int*)*(int*)(&b) + 2);
24     pFunf();
25     pFung();
26     pFunh();
27 }

View Code

技术分享图片

这个时候你应该懂了吧。什么？还是有点晕。也是，这样的代码看着太乱了。没问题，让我画个图解释一下。如下所示：

技术分享图片

注意：在上面这个图中，我在虚函数表的最后多加了一个结点，这是虚函数表的结束结点，就像字符串的结束符“/0”一样，其标志了虚函数表的结束。这个结束标志的值在不同的编译器下是不同的。在WinXP+VS2003下，这个值是NULL。而在Ubuntu 7.10 + Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3下，这个值是如果1，表示还有下一个虚函数表，如果值是0，表示是最后一个虚函数表。

下面，我将分别说明“无覆盖”和“有覆盖”时的虚函数表的样子。没有覆盖父类的虚函数是毫无意义的。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。