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C++之:虛函數表一、文章來由二、概念三、不同情況下的虛表四、虛函數表安全性附:基礎回顧

虛函數表究竟存放在哪裡?

c++中的虛函數的作用主要是實作了多态的機制。關于多态,簡而言之就是用父類型别的指針指向其子類的執行個體,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“多種形态”,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作可變的算法。比如:模闆技術,rtti技術,虛函數技術,要麼是試圖做到在編譯時決議,要麼試圖做到運作時決議。

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)來實作的。簡稱為v-table。在這個表中,主是要一個類的虛函數的位址表,這張表解決了繼承、覆寫的問題,保證其容真實反應實際的函數。這樣,在有虛函數的類的執行個體中這個表被配置設定在了這個執行個體的記憶體中,是以,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。這裡我們着重看一下這張虛函數表。c++的編譯器應該是保證:虛函數表的指針存在于對象執行個體中最前面的位置(這是為了保證取到虛函數表的有最高的性能——如果有多層繼承或是多重繼承的情況下)。 這意味着我們通過對象執行個體的位址得到這張虛函數表,然後就可以周遊其中函數指針,并調用相應的函數。

vs2012 環境下輸出:

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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*,取得虛函數表的位址,然後,再次取址就可以得到第一個虛函數的位址了,也就是base::f(),這在上面的程式中得到了驗證(把int* 強制轉成了函數指針)。

base 執行個體虛表結構圖如下:

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注意:在上面這個圖中,虛函數表的最後多加了一個結點,這是虛函數表的結束結點,就像字元串的結束符“/0”一樣,其标志了虛函數表的結束。這個結束标志的值在不同的編譯器下是不同的。在winxp+vs2003下,這個值是null。而在ubuntu 7.10 + linux 2.6.22 + gcc 4.1.3下,這個值是如果1,表示還有下一個虛函數表,如果值是0,表示是最後一個虛函數表。

而且,隻要繼承父類的虛函數,其子類不論寫不寫virtual都是虛函數。

輸出:

derive::f

下面沒有覆寫父類的虛函數是毫無意義的。之是以要講述沒有覆寫的情況,主要目的是為了給一個對比。在比較之下,可以更加清楚地知道其内部的具體實作。

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對于執行個體:derive d; 的虛函數表如下

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1)虛函數按照其聲明順序放于表中。

2)父類的虛函數在子類的虛函數前面。

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對于派生類的執行個體,其虛函數表為

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1)覆寫的f()函數被放到了虛表中原來父類虛函數的位置。

2)沒有被覆寫的函數依舊。

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對于子類執行個體中的虛函數表為

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1) 每個父類都有自己的虛表。

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按照聲明順序來判斷的)

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子類虛函數結構

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我們知道,子類沒有覆寫父類的虛函數是一件毫無意義的事情。雖然在上面的圖中我們可以看到 base1 的虛表中有derive的虛函數,但我們根本不可能使用下面的語句來調用子類的自有虛函數:

任何妄圖使用父類指針想調用子類中的未覆寫父類的成員函數的行為都會被編譯器視為非法,是以,這樣的程式根本無法編譯通過。但在運作時,我們可以通過指針的方式通路虛函數表來達到違反c++語義的行為。

下面的例子就可以做到。

下面是一個關于多重繼承的虛函數表通路的例程:

另外,如果父類的虛函數是private或是protected的,但這些非public的虛函數同樣會存在于虛函數表中,是以,我們同樣可以使用通路虛函數表的方式來通路這些non-public的虛函數,這是很容易做到的。

如:

我們可以在vc的ide環境中的debug狀态下展開類的執行個體就可以看到虛函數表了(并不是很完整的)

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多态性就是指同樣的消息被類的不同的對象接收時導緻的完全不同的行為的一種現象。這裡所說的消息即對類成員函數的調用。多态實質是一個函數名稱的多種形态。

(1)編譯時多态是通過靜态聯編實作的;

(2)運作時多态則是通過動态聯編實作的。

對一個函數的調用,在編譯或運作時确定将其連接配接到相應的函數體的代碼,實質是把一個标示名與一個存儲位址(函數代碼段入口)聯系在一起的過程。

c++中的動态聯編是通過虛函數實作的,虛函數必須存在于繼承的環境下。

當一個類的成員函數說明為虛函數後,就可以在該類的(直接或間接)派生類中定義與其基類虛函數原型相同(注意是函數原型一定要完全相同,否則會隐藏該虛函數)的函數。

虛函數可以在一個或多個派生類中被重新定義,要求在派生類中重新定義時,必須與基類中的函數原型完全相同,包括函數名、傳回類型、參數個數和參數類型的順序。這時無論在派生類的相應成員函數前是否加上關鍵字virtual,都将視其為虛函數,如果函數原型不同,隻是函數名相同,c++将視其為一般的函數重載,而不是虛函數。隻有類的成員函數才能聲明為虛函數,全局函數及靜态成員函數不能聲明為虛函數。

純虛函數是在基類中隻聲明虛函數而不給出具體的函數定義體,将它的具體定義放在各派生類中,稱此虛函數為純虛函數。

通過該基類的指針或引用就可以調用所有派生類的虛函數,基類隻是用于繼承,僅作為一個接口,具體功能在派生類中實作.

純虛函數的聲明如下:(注:要放在基類的定義體中)

注意:

(1)聲明了純虛函數的類,稱為抽象類;

(2)抽象類中可以有多個純虛函數;

(3)不能聲明抽象類的對象,但可以聲明指向抽象類的指針變量和引用變量;

(4)抽象類也可以定義其他非純虛函數;

(5)如果派生類中沒有重新定義基類中的純虛函數,則在派生類中必須再将該虛函數聲明為純虛函數;

(6)從抽象類可以派生出具體或抽象類,但不能從具體類派生出抽象類(這條在vs2012上實驗是錯誤的,詳見後面代碼);

(7)在一個複雜的類繼承結構中,越上層的類抽象程度越高,有時甚至無法給出某些成員函數的實作,顯然,抽象類是一種特殊的類,它一般處于類繼承結構的較外層;

(8)引入抽象類的目的,主要是為了能将相關類組織在一個類繼承結構中,并通過抽象類來為這些相關類提供統一的操作接口。

驗證第六條:

最後輸出:

base::f

derive::g

說明也可以從具體類派醬油象類。

[1] http://my.oschina.net/hnuweiwei/blog/280894?fromerr=4qwe4qqr

[2] http://blog.csdn.net/haoel/article/details/1948051

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