C++虚表相关(转载)

转自：www.cnblogs.com/lihaosky/articles/1606502.html

1. 虚函数表

　　对C++ 了解的人都应该知道虚函数（Virtual Function）是经过一张虚函数表（Virtual Table）来实现的。简称为V-Table。 在这个表中，主是要一个类的虚函数的地址表，这张表解决了继承、覆盖的问题，保证其容真实反应实际的函数。这样，在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了 这个实例的内存中，因此，当咱们用父类的指针来操做一个子类的时候，这张虚函数表就显得由为重要了，它就像一个地图同样，指明了实际所应该调用的函数。
　　这里咱们着重看一下这张虚函数表。在C++的标准规格说明书中说到，编译器必须要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 为了保证正确取到虚函数的偏移量）。 这意味着咱们经过对象实例的地址获得这张虚函数表，而后就能够遍历其中函数指针，并调用相应的函数。
假设咱们有这样的一个类：

 

 按照上面的说法，咱们能够经过Base的实例来获得虚函数表，下面是实际例程：

示例输出：

经过这个示例，咱们能够看到，咱们能够经过强行把&b转成int *，取得虚函数表的地址，而后，再次取址就能够获得第一个虚函数的地址了，也就是Base::f()，这在上面的程序中获得了验证（把int* 强制转成了函数指针）。经过这个示例，咱们就能够知道若是要调用Base::g()和Base::h()，其代码以下：

(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0); // Base::f()

(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1); // Base::g()

(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2); // Base::h()

 这个时候你应该懂了吧。什么？仍是有点晕。也是，这样的代码看着太乱了。没问题，让我画个图解释一下。以下所示：

　　注意：在上面这个图中，我在虚函数表的最后多加了一个结点，这是虚函数表的结束结点，就像字符串的结束符“\0”同样，其标志了虚函数表的 结束。这个结束标志的值在不一样的编译器下是不一样的。在WinXP+VS2003下，这个值是NULL。而在Ubuntu 7.10 + Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3下，这个值是若是1，表示还有下一个虚函数表，若是值是0，表示是最后一个虚函数表。

　　下面，我将分别说明“无覆盖”和“有覆盖”时的虚函数表的样子。没有覆盖父类的虚函数是毫无心义的。我之因此要讲述没有覆盖的状况，主要目的是为了给一个对比。在比较之下，咱们能够更加清楚地知道其内部的具体实现。

　　2. 通常继承（无虚函数覆盖）

　　下面再让咱们来看看继承时的虚函数表是什么样的。假设有以下所示的一个继承关系：

　　

　　请注意，在这个继承关系中，子类没有重写父类的任何函数，那么，在派生类实例中，其虚函数表以下所示，对于实例Derive d，其虚函数表为：

　　

　　咱们能够看到下面几点：
　　1）虚函数按照其声明顺序放于表中。
　　2）父类的虚函数在子类的虚函数前面。

　　3. 通常继承（有虚函数覆盖）

　　覆盖父类的虚函数是很显然的事情，否则，虚函数就变得毫无心义。下面，咱们来看一下，若是子类中有虚函数重载了父类的虚函数，会是一个什么样子？假设，咱们有下面这样的一个继承关系。

　　

　　为了让你们看到被继承事后的效果，在这个类的设计中，我只覆盖了父类的一个函数：f()。那么，对于派生类的实例，其虚函数表会是下面的一个样子：

　　

　　咱们从表中能够看到下面几点，
　　1）覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。
　　2）没有被覆盖的函数依旧。
　　这样，咱们就能够看到对于下面这样的程序，

    Base *b = new Derive();
　　b->f();

　　由b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被Derive::f()函数地址所取代，因而在实际调用发生时，是Derive::f()被调用了。这就实现了多态。

 

　　4. 多重继承（无虚函数覆盖）

　　下面，再让咱们来看看多重继承中的状况，假设有下面这样一个类的继承关系。注意：子类并无覆盖父类的函数。

　　

　　对于子类实例中的虚函数表，是下面这个样子：

　　

　　咱们能够看到：
　　1） 在子类实例中，每一个父类都有本身对应的虚表。
　　2） 子类的成员函数被放到了第一个父类对应的表中。（所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的）
　　这样作就是为了解决不一样的父类类型的指针指向同一个子类实例，而可以调用到实际的函数。

　　5. 多重继承（有虚函数覆盖）

　　下面咱们再来看看，若是发生虚函数覆盖的状况。
　　下图中，咱们在子类中覆盖了父类的f()函数。

　　

　　下面是对于子类实例中的虚函数表的图：

　　

　　咱们能够看见，三个父类虚函数表中的f()的位置被替换成了子类的函数指针。这样，咱们就能够任一静态类型的父类来指向子类，并调用子类的f()了。如：

Derive d;

Base1 *b1 = &d;

Base2 *b2 = &d;

Base3 *b3 = &d;

b1->f(); //Derive::f()

b2->f(); //Derive::f()

b3->f(); //Derive::f()

b1->g(); //Base1::g()

b2->g(); //Base2::g()

b3->g(); //Base3::g()

 

　　6. 安全性

　　6.1 经过父类型的指针访问子类本身的虚函数
　　咱们知道，子类没有重载父类的虚函数是一件毫无心义的事情。由于多态也是要基于函数重载的。虽然在上面的图中咱们能够看到Base1的虚表中有Derive的虚函数，但咱们根本不可能使用下面的语句来调用子类的自有虚函数：

Base1 *b1 = new Derive();

b1->f1(); //编译出错

 　　任何妄图使用父类指针想调用子类中的未覆盖父类的成员函数的行为都会被编译器视为非法，因此，这样的程序根本没法编译经过。但在运行时，咱们能够经过指针的方式访问虚函数表来达到违反C++语义的行为。（关于这方面的尝试，能够参考6.2的代码示例）

　　6.2 访问non-public的虚函数

　　另外，若是父类的虚函数是private或是protected的，但这些非public的虚函数一样会存在于虚函数表中，因此，咱们一样可使用访问虚函数表的方式来访问这些non-public的虚函数，这是很容易作到的。

　　//Test.h

　　

　　//Test.cpp

　　

　　程序输出结果：