C++ 虛函數(shù)表解析.doc

C+ 虛函數(shù)表解析C+虛函數(shù)表解析（轉）陳皓/haoel前言C+中的虛函數(shù)的作用主要是實現(xiàn)了多態(tài)的機制。關于多態(tài)，簡而言之就是用父類型別的指針指向其子類的實例，然后通過父類的指針調用實際子類的成員函數(shù)。這種技術可以讓父類的指針有“多種形態(tài)”，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(xiàn)可變的算法。比如：模板技術，RTTI技術，虛函數(shù)技術，要么是試圖做到在編譯時決議，要么試圖做到運行時決議。關于虛函數(shù)的使用方法，我在這里不做過多的闡述。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(shù)的實現(xiàn)機制上面為大家一個清晰的剖析。當然，相同的文章在網(wǎng)上也出現(xiàn)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。不利于學習和閱讀，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(shù)的世界。虛函數(shù)表對C+了解的人都應該知道虛函數(shù)（Virtual Function）是通過一張?zhí)摵瘮?shù)表（Virtual Table）來實現(xiàn)的。簡稱為V-Table。在這個表中，主是要一個類的虛函數(shù)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(shù)。這樣，在有虛函數(shù)的類的實例中這個表被分配在了這個實例的內存中，所以，當我們用父類的指針來操作一個子類的時候，這張?zhí)摵瘮?shù)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(shù)。這里我們著重看一下這張?zhí)摵瘮?shù)表。C+的編譯器應該是保證虛函數(shù)表的指針存在于對象實例中最前面的位置（這是為了保證取到虛函數(shù)表的有最高的性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實例的地址得到這張?zhí)摵瘮?shù)表，然后就可以遍歷其中函數(shù)指針，并調用相應的函數(shù)。聽我扯了那么多，我可以感覺出來你現(xiàn)在可能比以前更加暈頭轉向了。沒關系，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：classBase public:virtualvoidf() cout Base:f endl; virtualvoidg() cout Base:g endl; virtualvoidh() cout Base:h endl; ;按照上面的說法，我們可以通過Base的實例來得到虛函數(shù)表。下面是實際例程：typedefvoid(*Fun)(void);Base b;Fun pFun = NULL;cout 虛函數(shù)表地址： (int*)(&b) endl;cout 虛函數(shù)表第一個函數(shù)地址： (int*)*(int*)(&b) f();由b所指的內存中的虛函數(shù)表的f()的位置已經(jīng)被Derive:f()函數(shù)地址所取代，于是在實際調用發(fā)生時，是Derive:f()被調用了。這就實現(xiàn)了多態(tài)。多重繼承（無虛函數(shù)覆蓋）下面，再讓我們來看看多重繼承中的情況，假設有下面這樣一個類的繼承關系。注意：子類并沒有覆蓋父類的函數(shù)。對于子類實例中的虛函數(shù)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）子類的成員函數(shù)被放到了第一個父類的表中。（所謂的第一個父類是按照聲明順序來判斷的）這樣做就是為了解決不同的父類類型的指針指向同一個子類實例，而能夠調用到實際的函數(shù)。多重繼承（有虛函數(shù)覆蓋）下面我們再來看看，如果發(fā)生虛函數(shù)覆蓋的情況。下圖中，我們在子類中覆蓋了父類的f()函數(shù)。下面是對于子類實例中的虛函數(shù)表的圖：我們可以看見，三個父類虛函數(shù)表中的f()的位置被替換成了子類的函數(shù)指針。這樣，我們就可以任一靜態(tài)類型的父類來指向子類，并調用子類的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()安全性每次寫C+的文章，總免不了要批判一下C+。這篇文章也不例外。通過上面的講述，相信我們對虛函數(shù)表有一個比較細致的了解了。水可載舟，亦可覆舟。下面，讓我們來看看我們可以用虛函數(shù)表來干點什么壞事吧。一、通過父類型的指針訪問子類自己的虛函數(shù)我們知道，子類沒有重載父類的虛函數(shù)是一件毫無意義的事情。因為多態(tài)也是要基于函數(shù)重載的。雖然在上面的圖中我們可以看到Base1的虛表中有Derive的虛函數(shù)，但我們根本不可能使用下面的語句來調用子類的自有虛函數(shù)：Base1 *b1 =newDerive();b1-f1();/編譯出錯任何妄圖使用父類指針想調用子類中的未覆蓋父類的成員函數(shù)的行為都會被編譯器視為非法，所以，這樣的程序根本無法編譯通過。但在運行時，我們可以通過指針的方式訪問虛函數(shù)表來達到違反C+語義的行為。（關于這方面的嘗試，通過閱讀后面附錄的代碼，相信你可以做到這一點）二、訪問non-public的虛函數(shù)另外，如果父類的虛函數(shù)是private或是protected的，但這些非public的虛函數(shù)同樣會存在于虛函數(shù)表中，所以，我們同樣可以使用訪問虛函數(shù)表的方式來訪問這些non-public的虛函數(shù)，這是很容易做到的。如：classBase private:virtualvoidf() cout Base:f endl; ;classDerive :publicBase;typedefvoid(*Fun)(void);voidmain() Derive d;FunpFun = (Fun)*(int*)*(int*)(&d)+0);pFun();結束語C+這門語言是一門Magic的語言，對于程序員來說，我們似乎永遠摸不清楚這門語言背著我們在干了什么。需要熟悉這門語言，我們就必需要了解C+里面的那些東西，需要去了解C+中那些危險的東西。不然，這是一種搬起石頭砸自己腳的編程語言。在文章束之前還是介紹一下自己吧。我從事軟件研發(fā)有十個年頭了，目前是軟件開發(fā)技術主管，技術方面，主攻Unix/C/C+，比較喜歡網(wǎng)絡上的技術，比如分布式計算，網(wǎng)格計算，P2P，Ajax等一切和互聯(lián)網(wǎng)相關的東西。管理方面比較擅長于團隊建設，技術趨勢分析，項目管理。歡迎大家和我交流，我的MSN和Email是：附錄一：VC中查看虛函數(shù)表我們可以在VC的IDE環(huán)境中的Debug狀態(tài)下展開類的實例就可以看到虛函數(shù)表了（并不是很完整的）附錄二：例程下面是一個關于多重繼承的虛函數(shù)表訪問的例程：#includeusingnamespacestd;classBase1 public:virtualvoidf() cout Base1:f endl; virtualvoidg() cout Base1:g endl; virtualvoidh() cout Base1:h endl; ;classBase2 public:virtualvoidf() cout Base2:f endl; virtualvoidg() cout Base2:g endl; virtualvoidh() cout Base2:h endl; ;classBase3 public:virtualvoidf() cout Base3:f endl; virtualvoidg() cout Base3:g endl; virtualvoidh() cout Base3:h endl; ;classDerive :publicBase1,publicBase2,publicBase3 public:virtualvoidf() cout Derive:f endl; virtualvoidg1() cout Derive:g1 endl; ;typedefvoid(*Fun)(void);intmain()Fun pFun = NULL;Derive d;int* pVtab = (int*)&d;/Base1s vtable/pFun = (Fun)*(int*)*(int*)(int*)&d+0)+0);pFun = (Fun)pVtab00;pFun();/pFun = (Fun)*(int*)*(int*)(int*)&d+0)+1);pFun = (Fun)pVtab01;pFun();/pFun = (Fun)*(int*)*(int*)(int*)&d+0)+2);pFun = (Fun)pVtab02;pFun();/Derives vtable/pFun = (Fun)*(int*)*(int*)(int*)&d+0)+3);pFun = (Fun)pVtab03;pFun();/The tail of the vtablepFun = (Fun)pVtab04;coutpFunendl;/Base2s vtable/pFun = (Fun)*(int*)*(int*)(int*)&d+1)+0);pFun = (Fun)pVtab10;pFun();/pFun = (Fun)*(int*)*(int*)(int*)&d+1)+1);pFun = (Fun)pVtab11;pFun();pFun = (Fun)pVtab12;pFun();/The tail of the vtablepFun = (Fun)pVtab13;coutpFunendl;/Base3s vtable/pFun = (Fun)*(int*)*(int*)(int*)&d+1)+0);pFun