C++中的虛函數的作用主要是實現了多態的機制。關於多態,簡而言之就是用父類型別的指針指向其子類的實例,然後通過父類的指針調用實際子類的成員函數。這種技術可以讓父類的指針有“多種形態”,這是一種泛型技術。所謂泛型技術,說白了就是試圖使用不變的代碼來實現可變的算法。比如:模板技術,RTTI技術,虛函數技術,要麼是試圖做到在編譯時決議,要麼試圖做到運行時決議。
關於虛函數的使用方法,我在這裡不做過多的闡述。大家可以看看相關的C++的書籍。在這篇文章中,我只想從虛函數的實現機制上面為大家 一個清晰的剖析。
當然,相同的文章在網上也出現過一些了,但我總感覺這些文章不是很容易閱讀,大段大段的代碼,沒有圖片,沒有詳細的說明,沒有比較,沒有舉一反三。不利於學習和閱讀,所以這是我想寫下這篇文章的原因。也希望大家多給我提意見。
言歸正傳,讓我們一起進入虛函數的世界。
虛函數表
對C++ 了解的人都應該知道虛函數(Virtual Function)是通過一張虛函數表(Virtual Table)來實現的。簡稱為V-Table。 在這個表中,主是要一個類的虛函數的地址表,這張表解決了繼承、覆蓋的問題,保證其容真實反應實際的函數。這樣,在有虛函數的類的實例中這個表被分配在了 這個實例的內存中,所以,當我們用父類的指針來操作一個子類的時候,這張虛函數表就顯得由為重要了,它就像一個地圖一樣,指明了實際所應該調用的函數。
這裡我們著重看一下這張虛函數表。在C++的標准規格說明書中說到,編譯器必需要保證虛函數表的指針存在於對象實例中最前面的位置(這是為了保證正確取到虛函數的偏移量)。 這意味著我們通過對象實例的地址得到這張虛函數表,然後就可以遍歷其中函數指針,並調用相應的函數。
聽我扯了那麼多,我可以感覺出來你現在可能比以前更加暈頭轉向了。 沒關系,下面就是實際的例子,相信聰明的你一看就明白了。
假設我們有這樣的一個類:
class Base {
public:
virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }
virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }
};
按照上面的說法,我們可以通過Base的實例來得到虛函數表。 下面是實際例程:
typedef void(*Fun)(void);
Base b;
Fun pFun = NULL;
cout << "虛函數表地址:" << (int*)(&b) << endl;
cout << "虛函數表 — 第一個函數地址:" << (int*)*(int*)(&b) << endl;
// Invoke the first virtual function
pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b));
pFun();
實際運行經果如下:(Windows XP+VS2003, Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3)
虛函數表地址:0012FED4
虛函數表 — 第一個函數地址:0044F148
Base::f
通過這個示例,我們可以看到,我們可以通過強行把&b轉成int *,取得虛函數表的地址,然後,再次取址就可以得到第一個虛函數的地址了,也就是Base::f(),這在上面的程序中得到了驗證(把int* 強制轉成了函數指針)。通過這個示例,我們就可以知道如果要調用Base::g()和Base::h(),其代碼如下:
(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0); // Base::f()
(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1); // Base::g()
(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2); // Base::h()