大雄的虛函式表與虛表指標學習筆記

寫在前面，（1）多型和泛型技術

c++中的虛函式的作用主要是實現了多型的機制。關於多型，簡而言之就是用父型別別的指標指向其子類的例項，然後通過父類的指標呼叫實際子類的成員函式。這種技術可以讓父類的指標有「多種形態」，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**來實現可變的演算法。比如：模板技術，rtti技術，虛函式技術，要麼是試圖做到在編譯時決議，要麼試圖做到執行時決議。

*（2）什麼是虛函式表

對c++ 了解的人都應該知道虛函式（virtual function）是通過一張虛函式表（virtual table）來實現的。簡稱為v-table。在這個表中，主是要乙個類的虛函式的位址表，這張表解決了繼承、覆蓋的問題，保證其容真實反應實際的函式。這樣，在有虛函式的類的例項中這個表被分配在了這個例項的記憶體中，所以，當我們用父類的指標來操作乙個子類的時候，這張虛函式表就顯得由為重要了，它就像乙個地圖一樣，指明了實際所應該呼叫的函式。虛擬表有時會使用其他名稱，例如「vtable」，「虛函式表」，「虛方法表」或「排程表」。

（3）vptr編譯器還會新增乙個隱藏指向基類的指標，我們稱之為vptr。vptr在建立類例項時自動設定，以便指向該類的虛擬表。與this指標不同，this指標實際上是編譯器用來解析自引用的函式引數，vptr是乙個真正的指標。

因此，它使每個類物件的分配大乙個指標的大小。這也意味著vptr由派生類繼承，這很重要。

假設我們有這樣的乙個類：

class
base
virtual
voidg(
)virtual
voidh()};

按照上面的說法，我們可以通過base的例項來得到虛函式表。下面是實際例程：

typedef
void
(*fun)
(void); 
base b;
fun pfun =
null
;        cout <<
<<
(int*)
(&b)
<< endl;
cout <<
<<
(int*)
*(int*)(
&b)<< endl;
// invoke the first virtual function 
pfun =
(fun)*(
(int*)
*(int*)(
&b))
;pfun()
;

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 ，取得虛函式表的位址，然後，再次取址就可以得到第乙個虛函式的位址了，也就是base::f()，這在上面的程式中得到了驗證（把int 強制轉成了函式指標）。通過這個示例，我們就可以知道如果要呼叫base::g()和base::h()，其**如下：

(fun)*(
(int*)
*(int*)(
&b)+0)
;// base::f()
(fun)*(
(int*)
*(int*)(
&b)+1)
;// base::g()
(fun)*(
(int*)
*(int*)(
&b)+2)
;// base::h()

這個時候你應該懂了吧。什麼？還是有點暈。也是，這樣的**看著太亂了。沒問題，讓我畫個**釋一下。如下所示：

注意：在上面這個圖中，我在虛函式表的最後多加了乙個結點，這是虛函式表的結束結點，就像字串的結束符「/0」一樣，其標誌了虛函式表的結束。這個結束標誌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，表示還有下乙個虛函式表，如果值是0，表示是最後乙個虛函式表。

下面，我將分別說明「無覆蓋」和「有覆蓋」時的虛函式表的樣子。沒有覆蓋父類的虛函式是毫無意義的。我之所以要講述沒有覆蓋的情況，主要目的是為了給乙個對比。在比較之下，我們可以更加清楚地知道其內部的具體實現。

#include
using
namespace std;
class
base
virtual
voidf(
)virtual
voidg(
)virtual
voidh(
)virtual
~base()
};intmain()

請注意，在這個繼承關係中，子類沒有過載任何父類的函式。那麼，在派生類的例項中，其虛函式表如下所示

1）虛函式按照其宣告順序放於表中。

2）父類的虛函式在子類的虛函式前面。

由b所指的記憶體中的虛函式表的f()的位置已經被derive::f()函式位址所取代，於是在實際呼叫發生時，是derive::f()被呼叫了。這就實現了多型。

表內的覆蓋情況和上述**的覆蓋不同

從表上可以看出：

1）覆蓋的 f() 函式被放到虛函式表中原來父類虛函式的位置。

2）沒有被覆蓋的函式依舊。

3）可通過獲取成員函式指標來呼叫成員函式（即時是private型別的成員函式），這就出現一定的安全問題。

總結：通過父型別的指標訪問子類自己的虛函式

我們知道，子類沒有過載父類的虛函式是一件毫無意義的事情。因為多型也是要基於函式過載的。雖然在上面的圖中我們可以看到base1的虛表中有derive的虛函式，但我們根本不可能使用下面的語句來呼叫子類的自有虛函式：

base1 *b1 = new derive();

b1->f1(); //編譯出錯

任何fu妄圖使用父類指標想呼叫子類中的未覆蓋父類的成員函式的行為都會被編譯器視為非法，所以，這樣的程式根本無法編譯通過。但在執行時，我們可以通過指標的方式訪問虛函式表來達到違反c++語義的行為。

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