c++中虚函数实现的实例教程_C

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

classBase1

{

public:

inta;

voidfunc() { cout <<"heel"<< endl; }

};

Base1 b1;

cout <<sizeof(b1) << endl;

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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。

+--------+ +---------+

| 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）

#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

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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