C 虛函式表解析

c++中的虛函式的作用主要是實現了多型的機制。關於多型，簡而言之就是用父型別別的指標指向其子類的例項，然後通過父類的指標呼叫實際子類的成員函式。這種技術可以讓父類的指標有「多種形態」，這是一種泛型技術。所謂泛型技術，說白了就是試圖使用不變的**來實現可變的演算法。比如：模板技術，rtti技術，虛函式技術，要麼是試圖做到在編譯時決議，要麼試圖做到執行時決議。

關於虛函式的使用方法，我在這裡不做過多的闡述。大家可以看看相關的c++的書籍。在這篇文章中，我只想從虛函式的實現機制上面為大家乙個清晰的剖析。

當然，相同的文章在網上也出現過一些了，但我總感覺這些文章不是很容易閱讀，大段大段的**，沒有，沒有詳細的說明，沒有比較，沒有舉一反三。不利於學習和閱讀，所以這是我想寫下這篇文章的原因。也希望大家多給我提意見。

言歸正傳，讓我們一起進入虛函式的世界。

對c++ 了解的人都應該知道虛函式（virtual function）是通過一張虛函式表（virtual table）來實現的。簡稱為v-table。在這個表中，主是要乙個類的虛函式的位址表，這張表解決了繼承、覆蓋的問題，保證其容真實反應實際的函式。這樣，在有虛函式的類的例項中這個表被分配在了這個例項的記憶體中，所以，當我們用父類的指標來操作乙個子類的時候，這張虛函式表就顯得由為重要了，它就像乙個地圖一樣，指明了實際所應該呼叫的函式。

這裡我們著重看一下這張虛函式表。在c++的標準規格說明書中說到，編譯器必需要保證虛函式表的指標存在於物件例項中最前面的位置（這是為了保證正確取到虛函式的偏移量）。這意味著我們通過物件例項的位址得到這張虛函式表，然後就可以遍歷其中函式指標，並呼叫相應的函式。

聽我扯了那麼多，我可以感覺出來你現在可能比以前更加暈頭轉向了。沒關係，下面就是實際的例子，相信聰明的你一看就明白了。

假設我們有這樣的乙個類：

class base

virtual void g()

virtual void h() };

按照上面的說法，我們可以通過base的例項來得到虛函式表。下面是實際例程：

typedef void(*fun)(void);

base b;

fun pfun = null;

// invoke the first virtual function

pfun = (fun)*((int*)*(int*)(&b));

pfun();

實際執行經果如下：(執行環境為：windows xp+vs2003, linux 2.6.22 + gcc 4.1.3)

base::f

通過這個示例，我們可以看到，我們可以通過強行把&b轉成int *，取得虛函式表的位址，然後，再次取址就可以得到第乙個虛函式的位址了，也就是base::f()，這在上面的程式中得到了驗證（把int* 強制轉成了函式指標）。通過這個示例，我們就可以知道如果要呼叫base::g()和base::h()，其**如下：

(fun)*((int*)*(int*)(&b)+0); // base::f()

(fun)*((int*)*(int*)(&b)+1); // base::g()

(fun)*((int*)*(int*)(&b)+2); // base::h()

這個時候你應該懂了吧。什麼？還是有點暈。也是，這樣的**看著太亂了。沒問題，讓我畫個**釋一下。如下所示：

請注意，在這個繼承關係中，子類沒有過載任何父類的函式。那麼，在派生類的例項中，其虛函式表如下所示：

對於例項：derive d; 的虛函式表如下：

為了讓大家看到被繼承過後的效果，在這個類的設計中，我只覆蓋了父類的乙個函式：f()。那麼，對於派生類的例項，其虛函式表會是下面的乙個樣子：

對於子類例項中的虛函式表，是下面這個樣子：

我們可以看到：

1）每個父類都有自己的虛表。

2）子類的成員函式被放到了第乙個父類的表中。（所謂的第乙個父類是按照宣告順序來判斷的）

這樣做就是為了解決不同的父類型別的指標指向同乙個子類例項，而能夠呼叫到實際的函式。

下面我們再來看看，如果發生虛函式覆蓋的情況。

下圖中，我們在子類中覆蓋了父類的f()函式。

下面是對於子類例項中的虛函式表的圖：

我們可以看見，三個父類虛函式表中的f()的位置被替換成了子類的函式指標。這樣，我們就可以任一靜態型別的父類來指向子類，並呼叫子類的f()了。如：

derive d;

base1 *b1 = &d;

base2 *b2 = &d;

base3 *b3 = &d;

b1->f(); //derive::f()

b2->f(); //derive::f()

b3->f(); //derive::f()

b1->g(); //base1::g()

b2->g(); //base2::g()

b3->g(); //base3::g()

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