編譯器到底做了什么實現(xiàn)的虛函數(shù)的晚綁定呢？我們來探個究竟。     

編譯器對每個包含虛函數(shù)的類創(chuàng)建一個表（稱為V TA B L E）。在V TA B L E中，編譯器放置特定類的虛函數(shù)地址。在每個帶有虛函數(shù)的類 中，編譯器秘密地置一指針，稱為v p o i n t e r（縮寫為V P T R），指向這個對象的V TA B L E。通過基類指針做虛函數(shù)調(diào) 用時（也就是做多態(tài)調(diào)用時），編譯器靜態(tài)地插入取得這個V P T R，并在V TA B L E表中查找函數(shù)地址的代碼，這樣就能調(diào)用正確的函數(shù)使晚捆綁發(fā)生。為每個類設(shè)置V TA B L E、初始化V P T R、為虛函數(shù)調(diào)用插入代碼，所有這些都是自動發(fā)生的，所以我們不必擔(dān)心這些。利用虛函數(shù)， 這個對象的合適的函數(shù)就能被調(diào)用，哪怕在編譯器還不知道這個對象的特定類型的情況下。（《C++編程思想》）

在任何類中不存在顯示的類型信息，可對象中必須存放類信息，否則類型不可能在運行時建立。那這個類信息是什么呢？

我們來看下面幾個類：

class no_virtual

{
public:
  void fun1() const{}
  int fun2() const { return a; }
private:
  int a;
} class one_virtual
{
public:
  virtual void fun1() const{}
  int fun2() const { return a; }
private:
  int a;
} class two_virtual
{
public:
  virtual void fun1() const{}
  virtual int fun2() const { return a; }
private:
  int a;
} 

以上三個類中：

no_virtual沒有虛函數(shù)，sizeof(no_virtual)=4，

類no_virtual的長度就是其成員變量整型a的長度；

one_virtual有一個虛函數(shù)，sizeof(one_virtual)=8；

two_virtual 有兩個虛函數(shù)，sizeof(two_virtual)=8；

有一個虛函數(shù)和兩個虛函數(shù)的類的長度沒有區(qū)別，其實它們的長度就是no_virtual的 長度加一個void指針的長度，它反映出，如果有一個或多個虛函數(shù)，編譯器在這個結(jié)構(gòu)中插入一個指針（ V P T R）。在one_virtual 和 two_virtual之間沒有區(qū)別。這是因為V P T R指向一個存放地址的表，只需要一個指針，因為所有虛函數(shù)地址都包含在這個表中。 這個VPTR就可以看作類的類型信息。

那我們來看看編譯器是怎么建立VPTR指向的這個虛函數(shù)表的。先看下面兩個類：

class base
{
public:
  void bfun(){}
  virtual void vfun1(){}
  virtual int vfun2(){}
private:
  int a;
} class derived : public base
{
public:
  void dfun(){}
  virtual void vfun1(){}
  virtual int vfun3(){}
private:
  int b;
} 

兩個類VPTR指向的虛函數(shù)表（VTABLE）分別如下：

base類

      ——————
VPTR——> |&base::vfun1 |
      ——————
     |&base::vfun2 |
     ——————

derived類

      ———————
VPTR——> |&derived::vfun1 |
      ———————
     |&base::vfun2 |
     ———————
     |&derived::vfun3 |
     ———————

每當(dāng)創(chuàng)建一個包含有虛函數(shù)的類或從包含有虛函數(shù)的類派生一個類時，編譯器就為這個類創(chuàng)建一個VTABLE，如上圖所示。在這個表中，編譯器放置了在這個類 中或在它的基類中所有已聲明為virtual的函數(shù)的地址。如果在這個派生類中沒有對在基類中聲明為virtual的函數(shù)進行重新定義，編譯器就使用基類 的這個虛函數(shù)地址。（在derived的VTABLE中，vfun2的入口就是這種情況。）然后編譯器在這個類中放置VPTR。當(dāng)使用簡單繼承時，對于每 個對象只有一個VPTR。VPTR必須被初始化為指向相應(yīng)的VTABLE，這在構(gòu)造函數(shù)中發(fā)生。

一旦VPTR被初始化為指向相應(yīng)的VTABLE，對象就"知道"它自己是什么類型。但只有當(dāng)虛函數(shù)被調(diào)用時這種自我認知才有用。       

個人總結(jié)如下：

1、從包含虛函數(shù)的類派生一個類時，編譯器就為該類創(chuàng)建一個VTABLE。其每一個表項是該類的虛函數(shù)地址。

2、在定義該派生類對象時，先調(diào)用其基類的構(gòu)造函數(shù)，然后再初始化VPTR，最后再調(diào)用派生類的構(gòu)造函數(shù)（ 從二進制的視野來看，所謂基類子類是一個大結(jié)構(gòu)體，其中this指針開頭的四個字節(jié)存放虛函數(shù)表頭指針。執(zhí)行子類的構(gòu)造函數(shù)的時候，首先調(diào)用基類構(gòu)造函數(shù)，this指針作為參數(shù)，在基類構(gòu)造函數(shù)中填入基類的vptr，然后回到子類的構(gòu)造函數(shù)，填入子類的vptr，覆蓋基類填入的vptr。如此以來完成vptr的初始化。 ）

3、在實現(xiàn)動態(tài)綁定時，不能直接采用類對象，而一定要采用指針或者引用。因為采用類對象傳值方式，有臨時基類對象的產(chǎn)生，而采用指針，則是通過指針來訪問外部的派生類對象的VPTR來達到訪問派生類虛函數(shù)的結(jié)果。       

VPTR 常常位于對象的開頭，編譯器能很容易地取到VPTR的值，從而確定VTABLE的位置。VPTR總指向VTABLE的開始地址，所有基類和它的子類的虛函 數(shù)地址（子類自己定義的虛函數(shù)除外）在VTABLE中存儲的位置總是相同的，如上面base類和derived類的VTABLE中vfun1和vfun2 的地址總是按相同的順序存儲。編譯器知道vfun1位于VPTR處，vfun2位于VPTR+1處，因此在用基類指針調(diào)用虛函數(shù)時，編譯器首先獲取指針指 向?qū)ο蟮念愋托畔ⅲ╒PTR），然后就去調(diào)用虛函數(shù)。如一個base類指針pBase指向了一個derived對象，那pBase->vfun2 ()被編譯器翻譯為 VPTR+1 的調(diào)用，因為虛函數(shù)vfun2的地址在VTABLE中位于索引為1的位置上。同理，pBase->vfun3 ()被編譯器翻譯為 VPTR+2的調(diào)用。這就是所謂的晚綁定。

以上這篇淺談C++中虛函數(shù)實現(xiàn)原理揭秘就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

最新評論