C++——虛函數表解析

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 轉自：1948051

前言

C++中的虛函數的作用主要是實現了多態的機制。關於多態，簡而言之就是用父類型指標指向其子類的執行個體，然後通過父類型指標調用實際子類的成員函數。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代碼來實現可變的演算法。比如：模板技術，RTTI技術，虛函數技術，要麼是試圖做到在編譯時間決議，要麼試圖做到運行時決議。

關於虛函數的使用方法，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，我只想從虛函數的實現機制上面為大家 一個清晰的剖析。

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，大段大段的代碼，沒有圖片，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數的世界。

虛函數表

對C++ 瞭解的人都應該知道虛函數（Virtual Function）是通過一張虛函數表（Virtual Table）來實現的。簡稱為V-Table。在這個表中，主是要一個類的虛函數的地址表，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數。這樣，在有虛函數的類的執行個體中這個表被分配在了這個執行個體的記憶體中，所以，當我們用父類的指標來操作一個子類的時候，這張虛函數表就顯得由為重要了，它就像一個地圖一樣，指明了實際所應該調用的函數。

這裡我們著重看一下這張虛函數表。C++的編譯器應該是保證虛函數表的指標存在於對象執行個體中最前面的位置（這是為了保證取到虛函數表的有最高的效能——如果有多層繼承或是多重繼承的情況下）。 這意味著我們通過對象執行個體的地址得到這張虛函數表，然後就可以遍曆其中函數指標，並調用相應的函數。

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。

假設我們有這樣的一個類：

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 };

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按照上面的說法，我們可以通過Base的執行個體來得到虛函數表。 下面是實際代碼：

 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 << "虛函數表地址：" << *(int*)(&b) << endl;18     cout << "虛函數表 — 第一個函數地址：" << (int*)*(int*)(&b) << endl;19     pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b));20     pFun();21 }

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備忘：由於畫圖太費勁，就不改了。cout << "虛函數表 — 第一個函數地址：" << (int*)*(int*)(&b) << endl;這句話改為cout << "虛函數表 — 第一個函數地址：" << *(int*)*(int*)(&b) << endl;

 

 如何調用Base::g()和Base::h()呢？代碼如下

 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 << "虛函數表地址：" << *(int*)(&b) << endl;20     cout << "虛函數表 — 第一個函數地址：" << *(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 }

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這個時候你應該懂了吧。什嗎？還是有點暈。也是，這樣的代碼看著太亂了。沒問題，讓我畫個圖解釋一下。如下所示：

注意：在上面這個圖中，我在虛函數表的最後多加了一個結點，這是虛函數表的結束結點，就像字串的結束符“/0”一樣，其標誌了虛函數表的結束。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，表示還有下一個虛函數表，如果值是0，表示是最後一個虛函數表。

下面，我將分別說明“無覆蓋”和“有覆蓋”時的虛函數表的樣子。沒有覆蓋父類的虛函數是毫無意義的。我之所以要講述沒有覆蓋的情況，主要目的是為了給一個對比。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（無虛函數覆蓋）

下面，再讓我們來看看繼承時的虛函數表是什麼樣的。假設有如下所示的一個繼承關係：

請注意，在這個繼承關係中，子類沒有重載任何父類的函數。那麼，在衍生類別的執行個體中，其虛函數表如下所示：

對於執行個體：Derive d; 的虛函數表如下：

我們可以看到下面幾點：

1）虛函數按照其聲明順序放於表中。

2）父類的虛函數在子類的虛函數前面。

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。

 

 

C++——虛函數表解析