C++拾遺--虛函數表

C++拾遺--虛函數表

前言

C++的多態依賴虛函數來實現。若類存在虛函數，則每一個類的實例都維護了一個地址，這個地址指向虛函數表。虛函數表中存放的是類中所有虛函數的地址。下面我們找出虛函數表的地址，從而獲得每個虛函數的地址，然後使用地址直接調用虛函數。

正文

1.空類的size

#include 
using namespace std;
class MyClass
{
	
};
int main()
{
	cout << sizeof(MyClass) =  << sizeof(MyClass) << endl;
	cin.get();
	return 0;
}

空類沒有定義任何的成員，這樣的類size都是1，1表示該類存在。

2.有函數(非虛函數)成員的類

#include 
using namespace std;
class MyClass
{
	void fun(){};
};
int main()
{
	cout <<  sizeof(MyClass) = << sizeof(MyClass) << endl;
	cin.get();
	return 0;
}

這樣的類：無數據成員，只有非虛的函數成員，它的size都是1。原因：代碼區不計入size、

3.只含有虛函數的類

#include 
using namespace std;
class MyClass
{
	virtual void fun(){};
};
int main()
{
	cout <<  sizeof(MyClass) = << sizeof(MyClass) << endl;
	cin.get();
	return 0;
}

這個4即是指向虛函數表指針的大小。

4.虛函數表

無論該類是否有數據成員，指向虛函數表的指針，都位於對象的首地址處。

#include 
using namespace std;

class MyClass
{
public:
	virtual void fun1()
	{
		cout << void fun1() << endl;
	}
	virtual void fun2()
	{
		cout << void fun2() << endl;
	}
	virtual void fun3()
	{
		cout << void fun3() << endl;
	}
};
//Fun是函數指針
typedef void(*Fun)();
int main()
{
	cout << ******虛函數原理***by David*** << endl;
	MyClass *p = new MyClass;
	cout << 虛函數表的地址 << ends;
	cout << (void*)*(int*)p << endl;
	Fun pfun1 = (Fun)*(int*)(*(int*)p);
	cout << (void*)pfun1 << ends;
	pfun1();
	Fun pfun2 = (Fun)*((int*)(*(int*)p) + 1);
	cout << (void*)pfun2 << ends;
	pfun2();
	Fun pfun3 = (Fun)*((int*)(*(int*)p) + 2);
	cout << (void*)pfun3 << ends;
	pfun3();
	//斷點
	cin.get();
	return 0;
}

運行

在調試窗口中可看到相關局部變量和虛函數表的相關信息

下面來詳細分析下，我們是如何獲得虛函數表的地址的

聯合上圖，我們來一步一步推導出虛函數表的地址以及各個虛函數的地址

1.指針p的類型是MyClass *

2.虛函數表的地址在對象的首部(前四個字節)，*p的類型是MyClass，為了獲取前四個字節的存儲內容，必須對p進行類型轉換->(int*)p

3.如是*(int*)p就是虛函數表的地址，之所以加上void*，因為這是C++中對指針的標准打印方式。

4.虛函數表的地址*(int*)p，指向虛函數表的首部。每個虛函數的地址都是四個字節大小的，也就是說，虛函數表的前四個字節的存儲內容就是第一個虛函數fun1的地址。隨後四個字節的存儲內容是第二個虛函數fun2的地址，以此類推……

5.為了獲取fun1的地址，同理需要對*(int*)p進行類型轉換->(int*)(*(int*)p)，需要指出此時*(int*)p的類型是int*，解引用後就是fun1的地址了 *(int*)(*(int*)p)

6.如何獲取fun2的地址呢，那當然就是對上一步的指針(int*)(*(int*)p)進行移動，移動4個字節 (int*)(*(int*)p)+1，解引用後*((int*)(*(int*)p)+1)，就是fun2的地址。再次移動四個字節 (int*)(*(int*)p)+2，解引用後*((int*)(*(int*)p)+2)，就是fun3的地址。