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c++中虚函数实现的实例教程

时间:2022-06-25 04:41:32 编辑:袖梨 来源:一聚教程网

前言

c++ 分为编译时多态和运行时多态。运行时多态依赖于虚函数,大部分人或许听说过虚函数是由虚函数表+虚函数指针实现的,但,真的是这样吗?虽然  c++  规范有着复杂的语言细节,但底层实现机制却任由编译器厂商想象。(没准某种特殊的处理器电路结构原生支持虚函数,没准这个处理器压根不是冯纽曼型,或者将来厂商发明了比虚函数表更有效率的数据结构。)

虚函数表

封装把实例的数据和操作结合在了一起,但实例本身只有数据,没有函数,同一个类的函数是共享的。我们通过一个例子来间接证明这一点

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classBase1

{

public:

 inta;

 voidfunc() { cout <<"heel"<< endl; }

};

 

Base1 b1;

cout <

打印

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如果类中有虚函数,则会在对象中加入一个虚函数指针,该指针指向一个虚函数表,表中是各个虚函数的地址。

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+--------+    +---------+

| pvtbl |------>| vfunc1 |

+--------+    +---------+

| data1 |    | vfunc2 |

+--------+    +---------+

| ...  |    | ...   |

当子类继承父类时,会依次覆盖虚函数表中的各个项,如果子类没有重写某项,那该项就保留。当实例化对象后,虚函数指针就作为一个隐藏数据存在于实例中。如果通过父类指针调用普通成员函数,由于普通函数和类型绑定在一起,所以仍会调用父类成员函数;如果通过父类指针调用虚函数,则会通过对象的虚指针找到虚函数表(即子类的虚函数表),定位虚函数项,实现多态。

原理是不是很简单?c++ 就是通过这种看似原始的方式实现高级抽象。以上是编译器的通用做法,我手上的 Visual Studio 2013  编译器就是这么做的,为了提高性能,VS 保证虚函数指针存在于对象实例中最前面位置(历史上也有编译器不这么做,好像是 Borland 的?)。

Visual Studio 2013 中的实现

来一个例子(能这么写是因为我已知了 Visual Studio 2013 编译后对象的内存布局)

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#include

usingnamespacestd;

 

classBase

{

public:

 typedefvoid(*func)();

 virtualvoidfunc1() { cout <<"Base::func1"<< endl; }

 virtualvoidfunc2() { cout <<"Base::func2"<< endl; }

 virtualvoidfunc3() { cout <<"Base::func3"<< endl; }

};

 

classDerived:publicBase

{

public:

 virtualvoidfunc1() { cout <<"Derived::func1"<< endl; }

 virtualvoidfunc3() { cout <<"Derived::func3"<< endl; }

};

 

intmain()

{

 Base b, b1;

 int** pvirtualtable1 = (int**)&b;

 cout <<"Base object vtbl address: "<< pvirtualtable1[0] << endl;

 int** pvirtualtable11 = (int**)&b1;

 cout <<"another Base object vtbl address: "<< pvirtualtable11[0] << endl;

 cout <<"function in virtual table"<< endl;

 for(inti = 0; (Base::func)pvirtualtable1[0][i] != NULL; ++i)

 {

 auto p = (Base::func)pvirtualtable1[0][i];

 p();

 }

 cout << endl;

 

 Derived d;

 int** pvirtualtable2 = (int**)&d;

 cout <<"Derived object vtbl address: "<< pvirtualtable2[0] << endl;

 cout <<"function in virtual table"<< endl;

 for(inti = 0; (Base::func)pvirtualtable2[0][i] != NULL; ++i)

 {

 auto p = (Base::func)pvirtualtable2[0][i];

 p();

 }

 cout << endl;

}

打印

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Base object pvtbl address: 0029DA58

another Base object pvtbl address: 0029DA58

function address invirtualtable

Base::func1

Base::func2

Base::func3

 

Derived object pvtbl address: 0029DB20

function address invirtualtable

Derived::func1

Base::func2

Derived::func3

可以看到,同一类型不同实例的虚函数表是相同的,继承之后,子类有了自己的虚函数表,表也有相应的更新(Derived::func1, Derived::func3),表中未重写的项还保留为原值(Base::func2)。

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