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c++ 虛函數(shù),虛表相關(guān)總結(jié)

更新時間：2021年03月01日 10:35:59 作者：程序員楊小哥

這篇文章主要介紹了c++ 虛函數(shù),虛表的的相關(guān)資料，幫助大家更好的理解和學(xué)習(xí)使用c++，感興趣的朋友可以了解下

class A
{
public:
    void func1() { cout << "A func1" << endl; }
private:
    int m_a;
    int m_b;
};

class B : public A
{
public:
    void func2() { cout << "B func2" << endl; }
private:
    int m_c;
};

int main(int argc, char const* argv[])
{
    B b;
    b.func1();
    b.func2();
    return 0;
}

輸出:

// A func1
// B func2

那么對象b在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)是什么樣的呢？

繼承關(guān)系，先把a中的數(shù)據(jù)繼承過來，再有一份自己的數(shù)據(jù)。

每個包含虛函數(shù)的類都有一個虛表，虛表是屬于類的，而不是屬于某個具體的對象，一個類只需要一個虛表即可。同一個類的所有對象都使用同一個虛表。

為了指定對象的虛表，對象內(nèi)部包含指向一個虛表的指針，來指向自己所使用的虛表。為了讓每個包含虛表的類的對象都擁有一個虛表指針，編譯器在類中添加了一個指針，*__vptr，用來指向虛表。這樣，當(dāng)類的對象在創(chuàng)建時便擁有了這個指針，且這個指針的值會自動被設(shè)置為指向類的虛表。

class A
{
public:
    void func1() { cout << "A func1" << endl; }
    virtual void vfunc1() { cout << "A vfunc1" << endl; }
private:
    int m_a;
    int m_b;
};

cout << sizeof(A);, 輸出12，A中包括兩個int型的成員變量，一個虛指針，指針占4個字節(jié)。

a的內(nèi)存結(jié)構(gòu)如下:

虛表是一個函數(shù)指針數(shù)組，數(shù)組里存放的都是函數(shù)指針，指向虛函數(shù)所在的位置。

對象調(diào)用虛函數(shù)時，會根據(jù)虛指針找到虛表的位置，再根據(jù)虛函數(shù)聲明的順序找到虛函數(shù)在數(shù)組的哪個位置，找到虛函數(shù)的地址，從而調(diào)用虛函數(shù)。

調(diào)用普通函數(shù)則不像這樣，普通函數(shù)在編譯階段就指定好了函數(shù)位置，直接調(diào)用即可。

class A
{
public:
    void func1() { cout << "A func1" << endl; }
    virtual void vfunc1() { cout << "A vfunc1" << endl; }
private:
    int m_a;
    int m_b;
};

class B : public A
{
public:
    void func1() { cout << "B func1" << endl; }
    virtual void vfunc2() { cout << "B vfunc2" << endl; }
private:
    int m_a;
};

像這樣，B類繼承自A類，B中又定義了一個虛函數(shù)vfunc2, 它的虛表又是怎么樣的呢？

給出結(jié)論，虛表如下圖所示:

我們來驗證一下:

A a;
B b;
void(*avfunc1)() = (void(*)()) *(int*) (*(int*)&a);
void (*bvfunc1)() = (void(*)()) *(int*) *((int*)&b);
void (*bvfunc2)() = (void(*)()) * (int*)(*((int*)&b) + 4);
avfunc1();
bvfunc1();
bvfunc2();

來解釋一下代碼: void(*avfunc1)() 聲明一個返回值為void, 無參數(shù)的函數(shù)指針 avfunc1, 變量名代表我們想要取A類的vfunc1這個虛函數(shù)。

右半部分的第一部分，(void(*)()) 代表我們最后要轉(zhuǎn)換成對應(yīng)上述類型的指針，右邊需要給一個地址。

我們看 (*int(*)&a), 把a的地址強轉(zhuǎn)成int*, 再解引用得到虛指針的地址。

*(int*) (*(int*)&a) 再強轉(zhuǎn)解引用得到虛表的地址，最后強轉(zhuǎn)成函數(shù)指針。

同理得到 bvfunc1, bvfunc2, +4是因為一個指針占4個字節(jié)，+4得到虛表的第二項。

覆蓋

class A
{
public:
    void func1() { cout << "A func1" << endl; }
    virtual void vfunc1() { cout << "A vfunc1" << endl; }
private:
    int m_a;
    int m_b;
};

class B : public A
{
public:
    void func1() { cout << "B func1" << endl; }
    virtual void vfunc1() { cout << "B vfunc1" << endl; }
private:
    int m_a;
};

子類重寫父類的虛函數(shù)，需要函數(shù)簽名保持一致，該種情況在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)為:

多態(tài)

父類指針指向子類對象的情況下，如果指針調(diào)用的是虛函數(shù)，則編譯器會將會從虛指針?biāo)傅奶摵瘮?shù)表中找到對應(yīng)的地址執(zhí)行相應(yīng)的函數(shù)。

子類很多的話，每個子類都覆蓋了對應(yīng)的虛函數(shù)，則通過虛表找到的虛函數(shù)執(zhí)行后不就執(zhí)行了不同的代碼嘛，表現(xiàn)出多態(tài)了嘛。

我們把經(jīng)過虛表調(diào)用虛函數(shù)的過程稱為動態(tài)綁定，其表現(xiàn)出來的現(xiàn)象稱為運行時多態(tài)。動態(tài)綁定區(qū)別于傳統(tǒng)的函數(shù)調(diào)用，傳統(tǒng)的函數(shù)調(diào)用我們稱之為靜態(tài)綁定，即函數(shù)的調(diào)用在編譯階段就可以確定下來了。

那么，什么時候會執(zhí)行函數(shù)的動態(tài)綁定？這需要符合以下三個條件。

通過指針來調(diào)用函數(shù)
指針 upcast 向上轉(zhuǎn)型（繼承類向基類的轉(zhuǎn)換稱為 upcast）
調(diào)用的是虛函數(shù)

為什么父類指針可以指向子類？

子類繼承自父類，子類也屬于A的類型。

最后通過一個例子來體會一下吧:

class Shape
{
public:
    virtual void draw() = 0;
};

class Rectangle : public Shape
{
    void draw() { cout << "rectangle" << endl; }
};

class Circle : public Shape
{
    void draw() { cout << "circle" << endl; }
};

class Triangle : public Shape
{
    void draw() { cout << "triangle" << endl; }
};


int main(int argc, char const *argv[])
{
    vector<Shape*> v;
    v.push_back(new Rectangle());
    v.push_back(new Circle());
    v.push_back(new Triangle());
    for (Shape* p : v) {
        p->draw();
    }
    return 0;
}

有些話是大白話，哈哈，如果這篇文章寫的不錯，解決了你的疑惑的話，點個贊再走吧！

不對的地方也請指出來，大家一起學(xué)習(xí)進(jìn)步。

以上就是c++ 虛函數(shù),虛表相關(guān)總結(jié)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于c++ 虛函數(shù),虛表的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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