C 虛函式表解析

前言

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。

虛函式表

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。

c++的編譯器應該是保證虛函式表的指標存在於物件例項中最前面的位置（這是為了保證取到虛函式表的有最高的效能——如果有多層繼承或是多重繼承的情況下）。

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 ;

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;

cout <

int*)(&b) << endl;

cout <

"虛函式表— "

int*)*(

int*)(&b) << endl;

// invoke the first virtual function

pfun = (fun)*((

int*)*(

int*)(&b));

pfun();

實際執行經果如下：

(windowsxp+vs2003, linux 2.6.22 + gcc 4.1.3)

0012fed4

虛函式表

— 0044f148

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：

注意：在上面這個圖中，我在虛函式表的最後多加了乙個結點，這是虛函式表的結束結點，就像字串的結束符「

\0」一樣，其標誌了虛函式表的結束。這個結束標誌的值在不同的編譯器下是不同的。在

winxp+vs2003

下，這個值是

null

。而在ubuntu 7.10 +linux 2.6.22 + gcc 4.1.3

下，這個值是如果

1，表示還有下乙個虛函式表，如果值是

0，表示是最後乙個虛函式表。

下面，我將分別說明「無覆蓋」和「有覆蓋」時的虛函式表的樣子。沒有覆蓋父類的虛函式是毫無意義的。我之所以要講述沒有覆蓋的情況，主要目的是為了給乙個對比。在比較之下，我們可以更加清楚地知道其內部的具體實現。

一般繼承（無虛函式覆蓋）

下面，再讓我們來看看繼承時的虛函式表是什麼樣的。假設有如下所示的乙個繼承關係：

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：

我們可以看到下面幾點： 1

）虛函式按照其宣告順序放於表中。 2

）父類的虛函式在子類的虛函式前面。

我相信聰明的你一定可以參考前面的那個程式，來編寫一段程式來驗證。

一般繼承（有虛函式覆蓋）

覆蓋父類的虛函式是很顯然的事情，不然，虛函式就變得毫無意義。下面，我們來看一下，如果子類中有虛函式過載了父類的虛函式，會是乙個什麼樣子？假設，我們有下面這樣的乙個繼承關係。

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：

我們從表中可以看到下面幾點， 1

）覆蓋的

f()函式被放到了虛表中原來父類虛函式的位置。 2

）沒有被覆蓋的函式依舊。

這樣，我們就可以看到對於下面這樣的程式，

base *b =

newderive();

b->f();

由b所指的記憶體中的虛函式表的

f()的位置已經被

derive::f()

函式位址所取代，於是在實際呼叫發生時，是

derive::f()

被呼叫了。這就實現了多型。

C 虛函式表解析

C 虛函式表解析

C 虛函式表解析

C 虛函式表解析

相關推薦