深入解析深入解析C++中的虚函数与多态中的虚函数与多态
1.C++中的虚函数中的虚函数
C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制。关于多态,简而言之就是用父类型别的指针指向其子类的实例,然后通过父
类的指针调用实际子类的成员函数。这种技术可以让父类的指针有“多种形态”,这是一种泛型技术。所谓泛型技术,说白了就
是试图使用不变的代码来实现可变的算法。比如:模板技术,RTTI技术,虚函数技术,要么是试图做到在编译时决议,要么
试图做到运行时决议。
对C++ 了解的人都应该知道虚函数(Virtual Function)是通过一张虚函数表(Virtual Table)和一个指向虚函数表的指针
(vptr)来实现的。虚函数表,简称为vtbl,虚函数表表对实现多态起着至关重要的作用。在这个表中,主要保存了一个类中
的虚函数的地址,这张表解决了继承、覆盖的问题,保证其内容能真实反应实际的函数。每一个包含虚函数的类的实例都包含
一个cptr指针,指向虚函数表的首地址。我们可以通过这个指针找到要访问的虚函数的,完成虚函数的调用主要包括:找到虚
函数表的首地址(vptr),通过cptr找到要使用虚函数地址,调用虚函数。那么使用虚函数大家总要考虑效率的问题,实际上
为了提高效率,C++的编译器是保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置,这是为了保证取到虚函数表的有最高的
性能,这意味着我们通过对象实例的地址得到这张虚函数表,然后通过遍历表就可以找到其中的虚函数的地址,然后调用相应
的函数。不妨看看下面的代码:
代码如下:
#include <iostream>
using namespace std;
class Base
{
public:
virtual void f() { cout << “Base::f” << endl; }
virtual void g() { cout << “Base::g” << endl; }
virtual void h() { cout << “Base::h” << endl; }
};
typedef void(*Fun)(void);
int main()
{
Base b;
Fun pFun = NULL;
cout << “虚函数表地址:” << (int*)(&b) << endl;
cout << “虚函数表 — 第一个函数地址:” << (int*)*(int*)(&b) << endl;
pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b));
pFun();
return 0;
}
通过这个示例,可以看到,通过强行把&b转成int *,取得虚函数表的地址(vptr),然后,再次取址就可以得到第一个虚函数
的地址了,也就是Base::f(),这在上面的程序中得到了验证(把int* 强制转成了函数指针)。通过这个示例,我们就可以知道
如果要调用Base::g()和Base::h(),其代码如下:
代码如下:
(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0); // Base::f()
(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1); // Base::g()
(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2); // Base::h()
可以看看虚函数表的图是怎么画的:
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