C++拾遗--虚函数原理


前言

C++的多态依赖虚函数来实现。若类存在虚函数，则每一个类的实例都维护了一个地址，这个地址指向虚函数表。虚函数表中存放的是类中所有虚函数的地址。下面我们找出虚函数表的地址，从而获得每个虚函数的地址，然后使用地址直接调用虚函数。

正文

1.空类的size

#include <iostream>
using namespace std;
class MyClass
{
 
};
int main()
{
 cout << "sizeof(MyClass) = " << sizeof(MyClass) << endl;
 cin.get();
 return 0;
}

运行

空类没有定义任何的成员，这样的类size都是1，1表示该类存在。

2.有函数(非虚函数)成员的类

#include <iostream>
using namespace std;
class MyClass
{
 void fun(){};
};
int main()
{
 cout << " sizeof(MyClass) = "<< sizeof(MyClass) << endl;
 cin.get();
 return 0;
}

运行

这样的类：无数据成员，只有非虚的函数成员，它的size都是1。原因：代码区不计入size、

3.只含有虚函数的类

#include <iostream>
using namespace std;
class MyClass
{
 virtual void fun(){};
};
int main()
{
 cout << " sizeof(MyClass) = "<< sizeof(MyClass) << endl;
 cin.get();
 return 0;
}

运行

这个4即是指向虚函数表指针的大小。

4.虚函数表

无论该类是否有数据成员，指向虚函数表的指针，都位于对象的首地址处。

#include <iostream>
using namespace std;

class MyClass
{
public:
 virtual void fun1()
 {
  cout << "void fun1()" << endl;
 }
 virtual void fun2()
 {
  cout << "void fun2()" << endl;
 }
 virtual void fun3()
 {
  cout << "void fun3()" << endl;
 }
};
//Fun是函数指针
typedef void(*Fun)();
int main()
{
 cout << "******虚函数原理***by David***" << endl;
 MyClass *p = new MyClass;
 cout << "虚函数表的地址" << ends;
 cout << (void*)*(int*)p << endl;
 Fun pfun1 = (Fun)*(int*)(*(int*)p);
 cout << (void*)pfun1 << ends;
 pfun1();
 Fun pfun2 = (Fun)*((int*)(*(int*)p) + 1);
 cout << (void*)pfun2 << ends;
 pfun2();
 Fun pfun3 = (Fun)*((int*)(*(int*)p) + 2);
 cout << (void*)pfun3 << ends;
 pfun3();
 //断点
 cin.get();
 return 0;
}

运行

在调试窗口中可看到相关局部变量和虚函数表的相关信息

下面来详细分析下，我们是如何获得虚函数表的地址的

联合上图，我们来一步一步推导出虚函数表的地址以及各个虚函数的地址

1.指针p的类型是MyClass *

2.虚函数表的地址在对象的首部(前四个字节)，*p的类型是MyClass，为了获取前四个字节的存储内容，必须对p进行类型转换->(int*)p

3.如是*(int*)p就是虚函数表的地址，之所以加上void*，因为这是C++中对指针的标准打印方式。

4.虚函数表的地址*(int*)p，指向虚函数表的首部。每个虚函数的地址都是四个字节大小的，也就是说，虚函数表的前四个字节的存储内容就是第一个虚函数fun1的地址。随后四个字节的存储内容是第二个虚函数fun2的地址，以此类推……

5.为了获取fun1的地址，同理需要对*(int*)p进行类型转换->(int*)(*(int*)p)，需要指出此时*(int*)p的类型是int*，解引用后就是fun1的地址了 *(int*)(*(int*)p)

6.如何获取fun2的地址呢，那当然就是对上一步的指针(int*)(*(int*)p)进行移动，移动4个字节 (int*)(*(int*)p)+1，解引用后*((int*)(*(int*)p)+1)，就是fun2的地址。再次移动四个字节 (int*)(*(int*)p)+2，解引用后*((int*)(*(int*)p)+2)，就是fun3的地址。

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C++ Primer Plus 第6版 中文版 清晰有书签PDF+源代码

读C++ Primer 之构造函数陷阱

读C++ Primer 之智能指针

读C++ Primer 之句柄类

将C语言梳理一下，分布在以下10个章节中：

  1. Linux-C成长之路（一）：Linux下C编程概要
  2. Linux-C成长之路（二）：基本数据类型
  3. Linux-C成长之路（三）：基本IO函数操作
  4. Linux-C成长之路（四）：运算符
  5. Linux-C成长之路（五）：控制流
  6. Linux-C成长之路（六）：函数要义
  7. Linux-C成长之路（七）：数组与指针
  8. Linux-C成长之路（八）：存储类，动态内存
  9. Linux-C成长之路（九）：复合数据类型
  10. Linux-C成长之路（十）：其他高级议题

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