C++虚函数表(多态的实现)

多态是C++的三大特性之一,是通过虚函数表来实现的。关于虚函数表:

  • 每个含有虚函数的类都有一张虚函数表(vtbl),表中每一项是一个虚函数的地址, 也就是说,虚函数表的每一项是一个虚函数的指针。
  • 如果继承的父类中有虚函数,那么子类中也会有虚函数表。
  • 没有虚函数的C++类,是不会有虚函数表的。
  • 一个含有虚函数表的类实例化对象后,对象并不会直接存储虚函数表,而是在开始的位置存放了一个指向虚函数表的指针。

例1,没有虚函数的情况

#include <iostream>
using namespace std;
class base
{
     void f(){cout<<"base::f"<<endl;};
     void g(){cout<<"base::g"<<endl;};
     void h(){cout<<"base::h"<<endl;};
};

int main(int argc, const char * argv[]) {
    cout<<"size of Base: "<<sizeof(Base)<<endl;
    return 0;
}

运行结果:size of Base: 1。这里简单说明一下,C++的成员方法不占用内存,size为1是因为实例化对象需要在内存中分配一块地址,所以编译器就分配了一个字节给空类。

例2,有虚函数的情况

class Base {
public:
    
    virtual void f() {cout<<"base::f"<<endl;}
    virtual void g() {cout<<"base::g"<<endl;}
    virtual void h() {cout<<"base::h"<<endl;}
    
};

int main(int argc, const char * argv[]) {
    cout<<"size of Base: "<<sizeof(Base)<<endl;
    return 0;
}

运行结果:size of Base: 8。这8个字节,就是虚函数表的指针。

例3,下面,我们尝试通过地址偏移的方式来调用虚函数:

class Base {
public:
    
    virtual void f() {cout<<"base::f"<<endl;}
    virtual void g() {cout<<"base::g"<<endl;}
    virtual void h() {cout<<"base::h"<<endl;}
    
};

int main(int argc, const char * argv[]) {
    typedef void(*Func)(void);
    Base b;
    Base *d = &b;    
    long* pvptr = (long*)d; //获取指向虚函数表的指针,即b对象的首地址
    cout << "vtable address:" << *pvptr << endl; //打印虚函数表的地址

    long* vptr = (long*)*pvptr; //虚函数表的首地址
    Func f = (Func)(*vptr); //虚函数表首地址的值为第一个虚函数的函数指针
    Func g = (Func)(*(vptr+1)); //继续偏移指针,找到第二个虚函数指针
    Func h = (Func)(*(vptr+2)); //以此类推

   
//  下面这种写法与上面实际效果相同,只是指针偏移方式不同而已
//  Func f = (Func)vptr[0];  
//  Func g = (Func)vptr[1]; 
//  Func h = (Func)vptr[2]; 
 
    f();
    g();
    h();

    return 0;
}

运行结果:

vtable address:4294975712
base::f
base::g
base::h

参考文章:

下面两篇文章都讲的比较细,从无继承到多继承,图文并茂,有兴趣的同学可以学习一下!
http://www.cnblogs.com/Ripper-Y/archive/2012/05/15/2501930.html
http://www.cppblog.com/dawnbreak/archive/2009/03/10/76084.html

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