C++虛函數(shù)表的工作原理

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)虛函數(shù)表工作原理C+中的虛函數(shù)的作用主要是實(shí)現(xiàn)了多態(tài)的機(jī)制。關(guān)于多態(tài)，簡(jiǎn)而言之就是用父類(lèi)型別的指針指向其子類(lèi)的實(shí)例，然后通過(guò)父類(lèi)的指針調(diào)用實(shí)際子類(lèi)的成員函數(shù)。這種技術(shù)可以讓父類(lèi)的指針有“多種形態(tài)”，這是一種泛型技術(shù)。所謂泛型技術(shù)，說(shuō)白了就是試圖使用不變的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)可變的算法。比如：模板技術(shù)，RTTI技術(shù)，虛函數(shù)技術(shù)，要么是試圖做到在編譯時(shí)決議，要么試圖做到運(yùn)行時(shí)決議。關(guān)于虛函數(shù)的使用方法，我在這里不做過(guò)多的闡述。大家可以看看相關(guān)的C+的書(shū)籍。在這篇文章中，我只想從虛函數(shù)

2、的實(shí)現(xiàn)機(jī)制上面為大家 一個(gè)清晰的剖析。當(dāng)然，相同的文章在網(wǎng)上也出現(xiàn)過(guò)一些了，但我總感覺(jué)這些文章不是很容易閱讀，大段大段的代碼，沒(méi)有圖片，沒(méi)有詳細(xì)的說(shuō)明，沒(méi)有比較，沒(méi)有舉一反三。不利于學(xué)習(xí)和閱讀，所以這是我想寫(xiě)下這篇文章的原因。也希望大家多給我提意見(jiàn)。言歸正傳，讓我們一起進(jìn)入虛函數(shù)的世界。虛函數(shù)表對(duì)C+ 了解的人都應(yīng)該知道虛函數(shù)（Virtual Function）是通過(guò)一張?zhí)摵瘮?shù)表（Virtual Table）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。簡(jiǎn)稱(chēng)為V-Table。 在這個(gè)表中，主是要一個(gè)類(lèi)的虛函數(shù)的地址表，這張表解決了繼承、覆蓋的問(wèn)題，保證其容真實(shí)反應(yīng)實(shí)際的函數(shù)。這樣，在有虛函數(shù)的類(lèi)的實(shí)例中這個(gè)表被分配在了 這個(gè)實(shí)例

3、的內(nèi)存中，所以，當(dāng)我們用父類(lèi)的指針來(lái)操作一個(gè)子類(lèi)的時(shí)候，這張?zhí)摵瘮?shù)表就顯得由為重要了，它就像一個(gè)地圖一樣，指明了實(shí)際所應(yīng)該調(diào)用的函數(shù)。這里我們著重看一下這張?zhí)摵瘮?shù)表。在C+的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格說(shuō)明書(shū)中說(shuō)到，編譯器必需要保證虛函數(shù)表的指針存在于對(duì)象實(shí)例中最前面的位置（這是為了保證正確取到虛函數(shù)的偏移量）。 這意味著我們通過(guò)對(duì)象實(shí)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(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。聽(tīng)我扯了那么多，我可以感覺(jué)出來(lái)你現(xiàn)在可能比以前更加暈頭轉(zhuǎn)向了。 沒(méi)關(guān)系，下面就是實(shí)際的例子，相信聰明的你一看就明白了。假設(shè)我們有這樣的一個(gè)類(lèi)：class Base public:virtual void f()

4、 cout Base:f endl; virtual void g() cout Base:g endl; virtual void h() cout Base:h endl; ;按照上面的說(shuō)法，我們可以通過(guò)Base的實(shí)例來(lái)得到虛函數(shù)表。 下面是實(shí)際例程：typedef void(*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(gè)函數(shù)地址： (int*)*(int*)(&b) f();由b所指的內(nèi)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(shí)際調(diào)用發(fā)生時(shí)，是D

5、erive:f()被調(diào)用了。這就實(shí)現(xiàn)了多態(tài)。多重繼承（無(wú)虛函數(shù)覆蓋）下面，再讓我們來(lái)看看多重繼承中的情況，假設(shè)有下面這樣一個(gè)類(lèi)的繼承關(guān)系。注意：子類(lèi)并沒(méi)有覆蓋父類(lèi)的函數(shù)。對(duì)于子類(lèi)實(shí)例中的虛函數(shù)表，是下面這個(gè)樣子：我們可以看到：1） 每個(gè)父類(lèi)都有自己的虛表。2） 子類(lèi)的成員函數(shù)被放到了第一個(gè)父類(lèi)的表中。（所謂的第一個(gè)父類(lèi)是按照聲明順序來(lái)判斷的）這樣做就是為了解決不同的父類(lèi)類(lèi)型的指針指向同一個(gè)子類(lèi)實(shí)例，而能夠調(diào)用到實(shí)際的函數(shù)。多重繼承（有虛函數(shù)覆蓋）下面我們?cè)賮?lái)看看，如果發(fā)生虛函數(shù)覆蓋的情況。下圖中，我們?cè)谧宇?lèi)中覆蓋了父類(lèi)的f()函數(shù)。下面是對(duì)于子類(lèi)實(shí)例中的虛函數(shù)表的圖：我們可以看見(jiàn)，三個(gè)父類(lèi)虛函

6、數(shù)表中的f()的位置被替換成了子類(lèi)的函數(shù)指針。這樣，我們就可以任一靜態(tài)類(lèi)型的父類(lèi)來(lái)指向子類(lèi)，并調(diào)用子類(lèi)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(xiě)C+的文章，總免不了要批判一下C+。這篇文章也不例外。通過(guò)上面的講述，相信我們對(duì)虛函數(shù)表有一個(gè)比較細(xì)致的了解了。水可載舟，亦可覆舟。下面，讓

7、我們來(lái)看看我們可以用虛函數(shù)表來(lái)干點(diǎn)什么壞事吧。一、通過(guò)父類(lèi)型的指針訪問(wèn)子類(lèi)自己的虛函數(shù)我們知道，子類(lèi)沒(méi)有重載父類(lèi)的虛函數(shù)是一件毫無(wú)意義的事情。因?yàn)槎鄳B(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(yǔ)句來(lái)調(diào)用子類(lèi)的自有虛函數(shù)：Base1 *b1 = new Derive();b1-f1(); /編譯出錯(cuò)任何妄圖使用父類(lèi)指針想調(diào)用子類(lèi)中的未覆蓋父類(lèi)的成員函數(shù)的行為都會(huì)被編譯器視為非法，所以，這樣的程序根本無(wú)法編譯通過(guò)。但在運(yùn)行時(shí)，我們可以通過(guò)指針的方式訪問(wèn)虛函數(shù)表來(lái)達(dá)到違反C+語(yǔ)義的行為。（關(guān)于這方面的嘗試，通過(guò)閱讀后面附錄的

8、代碼，相信你可以做到這一點(diǎn)）二、訪問(wèn)non-public的虛函數(shù)另外，如果父類(lèi)的虛函數(shù)是private或是protected的，但這些非public的虛函數(shù)同樣會(huì)存在于虛函數(shù)表中，所以，我們同樣可以使用訪問(wèn)虛函數(shù)表的方式來(lái)訪問(wèn)這些non-public的虛函數(shù)，這是很容易做到的。如：class Base private:virtual void f() cout Base:f endl; ;class Derive : public Base;typedef void(*Fun)(void);void main() Derive d;Fun pFun = (Fun)*(int*)*(int*)(

9、&d)+0);pFun();結(jié)束語(yǔ)C+這門(mén)語(yǔ)言是一門(mén)Magic的語(yǔ)言，對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)，我們似乎永遠(yuǎn)摸不清楚這門(mén)語(yǔ)言背著我們?cè)诟闪耸裁础Ｐ枰煜み@門(mén)語(yǔ)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(xiǎn)的東西。不然，這是一種搬起石頭砸自己腳的編程語(yǔ)言。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(kāi)類(lèi)的實(shí)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(gè)關(guān)于多重繼承的虛函數(shù)表訪問(wèn)的例程：#includeusingnamespacestd;classBase1 public:virtualvoidf() cout Base1:f endl; vi

10、rtualvoidg() 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:

11、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()

12、;/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*)