C++虛函數及虛函數表簡析。本站提示廣大學習愛好者：（C++虛函數及虛函數表簡析）文章只能為提供參考，不一定能成為您想要的結果。以下是C++虛函數及虛函數表簡析正文
C++中的虛函數的感化重要是完成了多態的機制。關於多態，簡而言之就是用父類型其余指針指向其子類的實例，然後經由過程父類的指針挪用現實子類的成員函數。這類技巧可讓父類的指針有“多種形狀”，這是一種泛型技巧。所謂泛型技巧，說白了就是試圖應用不變的代碼來完成可變的算法。好比：模板技巧，RTTI技巧，虛函數技巧，要末是試圖做到在編譯時決定，要末試圖做到運轉時決定。
關於虛函數的應用辦法，我在這裡不做過量的論述。年夜家可以看看相干的C++的書本。在這篇文章中，我只想從虛函數的完成機制下面為年夜家 一個清楚的分析。
固然，雷同的文章在網上也湧現過一些了，但我總感到這些文章不是很輕易浏覽，年夜段年夜段的代碼，沒有圖片，沒有具體的解釋，沒有比擬，沒有觸類旁通。晦氣於進修和浏覽，所以這是我想寫下這篇文章的緣由。也願望年夜家多給我提看法。
言歸正傳，讓我們一路進入虛函數的世界。
1.虛函數的界說
虛函數必需是類的非靜態成員函數(且非結構函數)，其拜訪權限是public（可以界說為private or proteceted, 然則關於多態來講，沒成心義。），在基類的類界說中界說虛函數的普通情勢：
virtual 函數前往值類型 虛函數名（形參表）
{ 函數體 }
虛函數的感化是完成靜態聯編，也就是在法式的運轉階段靜態地選擇適合的成員函數，在界說了虛函數後，可以在基類的派生類中對虛函數從新界說（情勢也是：virtual 函數前往值類型 虛函數名（形參表）{ 函數體 }），在派生類中從新界說的函數應與虛函數具有雷同的形參個數和形參類型。以完成同一的接口，分歧界說進程。假如在派生類中沒有對虛函數從新界說，則它繼續其基類的虛函數。當法式發明虛函數名前的症結字virtual後，會主動將其作為靜態聯編處置，即在法式運轉時靜態地選擇適合的成員
完成靜態聯編須要三個前提：
1、 必需把須要靜態聯編的行動界說為類的公共屬性的虛函數。
2、 類之間存在子類型關系，普通表示為一個類從另外一個類私有派生而來。
3、 必需先應用基類指針指向子類型的對象，然後直接或許直接應用基類指針挪用虛函數。
界說虛函數的限制：
（1）非類的成員函數不克不及界說為虛函數，類的成員函數中靜態成員函數和結構函數也不克不及界說為虛函數，但可以將析構函數界說為虛函數。現實上，優良的法式員經常把基類的析構函數界說為虛函數。由於，將基類的析構函數界說為虛函數後，當應用delete刪除一個指向派生類界說的對象指針時，體系會挪用響應的類的析構函數。而不將析構函數界說為虛函數時，只挪用基類的析構函數。
（2）只須要在聲明函數的類體中應用症結字“virtual”將函數聲明為虛函數，而界說函數時不須要應用症結字“virtual”。
（3）假如聲清楚明了某個成員函數為虛函數，則在該類中不克不及湧現和這個成員函數同名而且前往值、參數個數、參數類型都雷同的非虛函數。在以該類為基類的派生類中，也不克不及湧現這類非虛的同名同前往值同參數個數同參數類型函數。
為何虛函數必需是類的成員函數：
虛函數出生的目標就是為了完成多態，在類外界說虛函數毫無現實用途。
為何類的靜態成員函數不克不及為虛函數：
假如界說為虛函數，那末它就是靜態綁定的，也就是在派生類中可以被籠罩的，這與靜態成員函數的界說（：在內存中只要一份拷貝；經由過程類名或對象援用拜訪靜態成員）自己就是相抵觸的。
為何結構函數不克不及為虛函數：
由於假如結構函數為虛函數的話，它將在履行時代被結構，而履行期則須要對象曾經樹立，結構函數所完成的任務就是為了樹立適合的對象，是以在沒有構建好的對象上弗成能履行多態（虛函數的目標就在於完成多態性）的任務。在繼續系統中，結構的次序就是從基類到派生類，其目標就在於確保對象可以或許勝利地構建。結構函數同時承當著虛函數表的樹立，假如它自己都是虛函數的話，若何確保vtbl的構建勝利呢？
留意：當基類的結構函數外部有虛函數時，會湧現甚麼情形呢？成果是在結構函數中，虛函數機制不起感化了，挪用虛函數好像挪用普通的成員函數一樣。當基類的析構函數外部有虛函數時，又若何任務呢？與結構函數雷同，只要“部分”的版本被挪用。然則，行動雷同，緣由是紛歧樣的。結構函數只能挪用“部分”版本，是由於挪用時還沒有派生類版本的信息。析構函數則是由於派生類版本的信息曾經弗成靠了。我們曉得，析構函數的挪用次序與結構函數相反，是從派生類的析構函數到基類的析構函數。當某個類的析構函數被挪用時，其派生類的析構函數曾經被挪用了，響應的數據也已被喪失，假如再挪用虛函數的派生類的版本，就相當於對一些弗成靠的數據停止操作，這長短常風險的。是以，在析構函數中，虛函數機制也是不起感化的。
2.虛函數表
對C++ 懂得的人都應當曉得虛函數（Virtual Function）是經由過程一張虛函數表（Virtual Table）來完成的。簡稱為V-Table。 在這個表中，主是要一個類的虛函數的地址表，這張表處理了繼續、籠罩的成績，包管其容真實反響現實的函數。如許，在有虛函數的類的實例（注：籠統類即有純虛函數的類不克不及被實例化。）中這個表被分派在了這個實例的內存中（注：一個類的虛函數表是靜態的，也就是說對這個類的每一個實例，他的虛函數表的是固定的，不會為每一個實例生成一個響應的虛函數表。），所以，當我們用父類的指針來操作一個子類的時刻，這張虛函數表就顯得由為主要了，它就像一個地圖一樣，指清楚明了現實所應當挪用的函數。
這裡我們側重看一下這張虛函數表。在C++的尺度規格解釋書中說到，編譯器必須要包管虛函數表的指針存在於對象實例中最後面的地位（這是為了包管准確取到虛函數的偏移量）。 這意味著我們經由過程對象實例的地址獲得這張虛函數表，然後便可以遍歷個中函數指針，並挪用響應的函數。
假定我們有如許的一個類：
class Base {
public:
virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }
virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }
};
依照下面的說法，我們可以經由過程Base的實例來獲得Base的虛函數表。 上面是現實例程：
{
...
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();
...
}
現實運轉經果以下(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
經由過程這個示例，我們可以看到，我們可以經由過程強行把&b轉成int *，獲得虛函數表的地址，然後，再次取址便可以獲得第一個虛函數的地址了，也就是Base::f()，這在下面的法式中獲得了驗證（把int* 強迫轉成了函數指針）。經由過程這個示例，我們便可以曉得假如要挪用Base::g()和Base::h()，其代碼以下：
(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0); // Base::f() (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1); // Base::g() (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2); // Base::h()
畫個圖說明一下。以下所示：
留意：在下面這個圖中，我在虛函數表的最初多加了一個結點，這是虛函數表的停止結點，就像字符串的停止符“/0”一樣，其標記了虛函數表的停止。這個停止標記的值在分歧的編譯器下是分歧的。
在WinXP+VS2003下，這個值是NULL。
而在Ubuntu 7.10 + Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3下，這個值是假如1，表現還有下一個虛函數表，假如值是0，表現是最初一個虛函數表。
上面，我將分離解釋“無籠罩”和“有籠罩”時的子類虛函數表的模樣。沒有籠罩父類的虛函數是毫有意義的。我之所以要講述沒有籠罩的情形，重要目標是為了給一個比較。在比擬之下，我們可以加倍清晰地曉得其外部的詳細完成。
（1）、普通繼續（無虛函數籠罩）
上面，再讓我們來看看繼續時的虛函數表是甚麼樣的。假定有以下所示的一個繼續關系：
請留意，在這個繼續關系中，子類沒有重寫任何父類的函數。那末，在派生類的實例的虛函數表以下所示：
關於實例：Derive d; 的虛函數表以下： （overload（重載） 和 override（重寫），重載就是所謂的名同而簽名分歧，重寫就是對子類對虛函數的從新完成。）
我們可以看到上面幾點：
1）虛函數依照其聲明次序放於表中。
2）父類的虛函數在子類的虛函數後面。
（2）、普通繼續（有虛函數籠罩）
籠罩父類的虛函數是很明顯的工作，否則，虛函數就變得毫有意義。上面，我們來看一下，假如子類中有虛函數重載了父類的虛函數，會是一個甚麼模樣？假定，我們有上面如許的一個繼續關系。
為了讓年夜家看到被繼續事後的後果，在這個類的設計中，我只籠罩了父類的一個函數：f()。那末，關於派生類的實例的虛函數表會是上面的模樣：
我們從表中可以看到上面幾點，
1）籠罩的f()函數被放到了子類虛函數表華夏來父類虛函數的地位。
2）沒有被籠罩的函數照舊。
如許，我們便可以看到關於上面如許的法式，
Base *b = new Derive();
b->f();
由b所指的內存中的虛函數表（子類的虛函數表）的f()的地位曾經被Derive::f()函數地址所代替，因而在現實挪用產生時，是Derive::f()被挪用了。這就完成了多態。
（3）、多重繼續（無虛函數籠罩）
上面，再讓我們來看看多重繼續中的情形，假定有上面如許一個類的繼續關系。留意：子類並沒有籠罩父類的函數。
關於子類實例中的虛函數表，是上面這個模樣：
我們可以看到：
1） 每一個父類都有本身的虛表。
2） 子類的成員函數被放到了第一個父類的表中。（所謂的第一個父類是依照聲明次序來斷定的）
如許做就是為懂得決分歧的父類類型的指針指向統一個子類實例，而可以或許挪用到現實的函數。
（4）、多重繼續（有虛函數籠罩）
上面我們再來看看，假如產生虛函數籠罩的情形。
下圖中，我們在子類中籠罩了父類的f()函數。
上面是關於子類實例中的虛函數表的圖：
我們可以看見，三個父類虛函數表中的f()的地位被調換成了子類的函數指針。如許，我們便可以用任一個父類指針來指向子類，並挪用子類的f()了。如：
Derive d;
Base1 *b1 = &d;
Base2 *b2 = &d;
Base3 *b3 = &d;
b1->f(); //Derive::f()
b2->f(); //Derive::f()
b3->f(); //Derive::f()
b1->g(); //Base1::g()
b2->g(); //Base2::g()
b3->g(); //Base3::g()
3.平安性
每次寫C++的文章，總免不了要批評一下C++。這篇文章也不破例。經由過程下面的講述，信任我們對虛函數表有一個比擬過細的懂得了。水可載舟，亦可覆舟。上面，讓我們來看看我們可以用虛函數表來干點甚麼好事吧。
測驗考試1：經由過程父類型的指針（指向子類對象）拜訪子類本身的虛函數
我們曉得，子類沒有重載父類的虛函數是一件毫有意義的工作。由於多態也是要基於函數重載的。固然在下面的圖中我們可以看到子類的虛表中有Derive本身的虛函數，但我們基本弗成能應用基類的指針來挪用子類的自有虛函數：
Base1 *b1 = new Derive();
b1->f1(); //編譯失足
任何妄想應用父類指針想挪用子類中的未籠罩父類的成員函數的行動都邑被編譯器視為不法，所以，如許的法式基本沒法編譯經由過程。
但在運轉時，我們可以經由過程指針的方法拜訪虛函數表來到達違背C++語義的行動。
測驗考試2：經由過程父類型的指針（指向子類對象）拜訪父類的non-public虛函數
別的，假如父類的虛函數是private或是protected的，但這些非public的虛函數異樣會存在於子類虛函數表中，所以我們異樣可使用拜訪虛函數表的方法來拜訪這些non-public的虛函數，這是很輕易做到的。
如：
class Base {
private:
virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
};
class Derive : public Base{
};
typedef void(*Fun)(void);
void main() {
Derive d;
Fun pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d)+0);
pFun();
}
4.總結
C++這門說話是一門Magic的說話，關於法式員來講，我們仿佛永久摸不清晰這門說話背著我們在干了甚麼。須要熟習這門說話，我們就必須要懂得C++外面的那些器械，須要去懂得C++中那些風險的器械。否則，這是一種搬起石頭砸本身腳的編程說話。
附錄一：VC中檢查虛函數表
我們可以在VC的IDE情況中的Debug狀況下睜開類的實例便可以看到虛函數表了（其實不是很完全的）
附錄 二：例程
上面是一個關於多重繼續的虛函數表拜訪的例程：
#include <iostream>
using namespace std;
class Base1 {
public:
virtual void f() { cout << "Base1::f" << endl; }
virtual void g() { cout << "Base1::g" << endl; }
virtual void h() { cout << "Base1::h" << endl; }
};
class Base2 {
public:
virtual void f() { cout << "Base2::f" << endl; }
virtual void g() { cout << "Base2::g" << endl; }
virtual void h() { cout << "Base2::h" << endl; }
};
class Base3 {
public:
virtual void f() { cout << "Base3::f" << endl; }
virtual void g() { cout << "Base3::g" << endl; }
virtual void h() { cout << "Base3::h" << endl; }
};
class Derive : public Base1, public Base2, public Base3 {
public:
virtual void f() { cout << "Derive::f" << endl; }
virtual void g1() { cout << "Derive::g1" << endl; }
};
typedef void(*Fun)(void);
int main()
{
Fun pFun = NULL;
Derive d;
int** pVtab = (int**)&d;
//Base1's vtable
//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+0);
pFun = (Fun)pVtab[0][0];
pFun();
//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+1);
pFun = (Fun)pVtab[0][1];
pFun();
//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+2);
pFun = (Fun)pVtab[0][2];
pFun();
//Derive's vtable
//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+3);
pFun = (Fun)pVtab[0][3];
pFun();
//The tail of the vtable
pFun = (Fun)pVtab[0][4];
cout<<pFun<<endl;
//Base2's vtable
//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+0);
pFun = (Fun)pVtab[1][0];
pFun();
//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+1);
pFun = (Fun)pVtab[1][1];
pFun();
pFun = (Fun)pVtab[1][2];
pFun();
//The tail of the vtable
pFun = (Fun)pVtab[1][3];
cout<<pFun<<endl;
//Base3's vtable
//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+0);
pFun = (Fun)pVtab[2][0];
pFun();
//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+1);
pFun = (Fun)pVtab[2][1];
pFun();
pFun = (Fun)pVtab[2][2];
pFun();
//The tail of the vtable
pFun = (Fun)pVtab[2][3];
cout<<pFun<<endl;
return 0;
}
以上就是關於C++虛函數及虛函數表的全體解析，願望對年夜家的進修有所贊助。
