虛函式實現機制

2021-07-10 10:56:32 字數 1172 閱讀 7372

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。

虛函式的作用是實現動態聯編,也就是在程式的執行階段動態地選擇合適的成員函式。當程式發現虛函式名前的關鍵字virtual後,會自動將其作為動態聯編處理,即在程式執行時動態地選擇合適的成員。

c++的虛函式(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。

如果乙個類中含有虛函式,則系統會為這個類分配乙個指標成員指向一張虛函式表(vtbl),表中每一項指向乙個虛函式的位址,實現上就是乙個函式指標的陣列。

虛函式表既有繼承性,又有多型性。每個派生類的vtbl繼承了它各個基類的vtbl,如果基類vtbl中包含某一項,則派生類的vtbl中也將包含同樣的一項,但是兩項的值可能不同。如果派生類覆蓋了該項對應的虛函式,則派生類vtbl的該指標先指向過載後的虛函式,沒有過載的話,則沿用基類的值。

在類物件的記憶體布局中,首先是該類的vtbl指標,然後才是物件資料。在通過物件指標呼叫乙個虛函式時,編譯器生成的**將先獲取物件類的vtbl指標,然後呼叫vtbl中對應的項。對於通過物件指標呼叫的情況,在編譯期間無法確定指標指向的是基類物件還是派生類物件,或者是哪個派生類的物件。但是在執行期間執行到呼叫語句時,這一點已經確定,編譯後的呼叫**能夠根據具體物件獲取正確的vtbl,呼叫正確地虛函式,從而實現多型性。

c++在基類中宣告乙個帶關鍵字virtual的函式,這個函式叫虛函式;它可以在該基類的派生類中被重新定義並被賦予另外一種處理功能。通過指向指向派生類的基類指標或引用呼叫虛函式,編譯器可以根據指向物件的型別在執行時決定呼叫的目標函式。這就實現了多型。

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