(C/C++学习)4.C++类中的虚函数表Virtual Table

说明：C++的多态是通过一张虚函数表(Virtual Table)来实现的,简称为V-Table。在这个表中,主要为一个类的虚函数的地址表,这张表解决了继承、覆写的问题,保证其真实反应实际的虚函数调用过程。这样,在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了这个实例的内存中，所以，当我们用父类的指针来操作一个子类的时候,这张虚函数表就显得尤为重要了,它就像一个地图一样,指明了实际所应该调用的函数。

下面介绍一下与这张虚函数表有关的几个问题：

1.普通成员函数不占存储空间,而所有虚函数入口地址存储在一张虚函数表中,由一个指针指向该虚函数表；

2.指向该虚函数表的指针位于类实例对象内存的最前面,占四个字节；

3.若子类覆写了父类的虚函数,则父类的虚函数被覆盖,即虚函数表中只存在子类的虚函数地址;否则,父类和子类的虚函数都存在于虚函数表中(当然,没有覆写父类的虚函数是毫无意义的),这就是多态形成的原因。

通过上面的介绍,我们对虚函数表有了大致的了解,下面通过一个实例来加深一下认识：

 #include <iostream>

 using namespace std;

 class base

 {

 public:

     virtual void f(){cout<<"base::f()"<<endl;}

     virtual void g(){cout<<"base::g()"<<endl;}

     virtual void h(){cout<<"base::h()"<<endl;}

 private:

     int a;

 };

 //定义一个函数指针,并别名为pfunc,用时不需再加*，

 typedef void (*pfunc)(void);

 int main()

 {

     base b;

     //C++编译器使虚函数表的指针存在于对象实例中的最前面(四个字节)

     cout<<"sizeof(base) = "<<sizeof(base)<<'\t'<<"sizeof(b) = "<<sizeof(b)<<endl<<'\n';

     //分别打印对象b的起始地址和虚函数表中首个函数指针指向的地址

     //对象实例最前面的四个字节为指向虚函数表的指针,取内容后才为虚函数表

     cout<<"&b = "<<&b<<"\t\t"<<"&VTable = "<<(int **)*(int *)(&b)<<endl<<"\n\n";

     pfunc pf;

     //定义一个函数指针

     void(*p)(void);

     //还可以这样定义一个函数指针

     //虚函数表里面存放的是指向各个虚函数的指针,取内容后才是各个相应的虚函数

     pf = (pfunc)*((int **)*(int *)(&b)+0);

     pf();

     pf = (pfunc)*((int **)*(int *)(&b)+1);

     pf();

     pf = (void(*)())*((int **)*(int *)(&b)+2);

     pf();

     cout<<"\n\n";

     p = (pfunc)*((int **)*(int *)(&b)+0);

     p();

     p = (void(*)())*((int **)*(int *)(&b)+1);

     p();

     p = (void(*)())*((int **)*(int *)(&b)+2);

     p();

     return 0;

 }

程序运行结果：

通过以上示例,我们把类实例对象b取址,然后将&b强转成int*型,然后对其取内容，取得虚函数表的地址,然后再对其取内容,就得到了第一个虚函数的地址了,然后再将其通过(int**)强转成步长为4的指针,通过加1来得到虚函数表中不同的虚函数的地址,最终强转成为函数指针,再通过该函数指针访问相应的虚函数.

5.下面我们将通过几个例子来解释一下虚函数表的存在形式,在这部分,主要弄清楚虚函数表是怎么一回事,至于程序运行结果,读者自行实验。

a.在父子类中,若子类没有对父类的虚函数进行覆写(当然,前面提到过,没有覆写父类的虚函数是毫无意义的。之所以要讲述没有覆写的情况,主要目的是为了给一个对比,在比较之下,我们可以更加清楚地知道其内部的具体实现),如下代码,

 #include<iostream>

 using namespace std;

 class base

 {

 public:

     virtual void func(){};

     virtual void foo(){};

 };

 class derive:public base

 {
    public:

     virtual void func1(){};

     virtual void foo1(){};

 };

 int main()

 {

     derive d;

     return 0;

 }

则其虚函数表如下所示：

注意：

1.上面这个图中,我在虚函数表的最后多加了一个结点,这是虚函数表的结束结点,就像字符串的结束符“/0”一样,其标志了虚函数表的结束。这个结束标志的值在不同的编译器下是不同的。

2.虚函数是按照其声明顺序放于表中的。

3.父类的虚函数在子类的虚函数前面。

b.在父子类中,若子类对父类的虚函数进行了覆写(为了对比,假设只覆写父类一个虚函数),如下代码,

 #include<iostream>

 using namespace std;

 class base

 {

 public:

     virtual void func(){};

     virtual void foo(){};

     virtual  ~base(){}

 };

 class derive:public base

 {

 public:

     virtual void func(){cout<<"___"<<endl;};

     virtual void foo1(){};

     virtual  ~derive(){}

 };

 int main()

 {

     base *p = new derive;

     p->func();

     delete p;

     return 0;

 }

则其虚函数表如下所示：

由此,可得覆写的子类func()放在了虚函数表中原来父类func()的位置,没有覆写的虚函数依旧原样存放。这样,在上述代码中,由于p所指的func()的位置已经被derive::func()的函数地址所取代,因此在发生实际调用的时候,调用的是子类的func(),这就实现了多态。

巴特西

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