虚函数表与多态调用

 
如果能够了解C++ 编译器对于虚拟函数的实现方式,我们就能够知道为什么虚拟函数可以做到动态绑定。
为了达到动态绑定(后期绑定)的目的,C++ 编译器透过某个表格,在执行时期(间接)调用实际上欲绑定的函数。这样的表格称为虚拟函数表(常被称为vtable)。每一个含有虚拟函数的类,编译器都会为它做出一个虚拟函数表,表中的每一个元素都指向一个虚拟函数的地址。此外,编译器当然也会为类加上一项成员变量,是一个指向该虚拟函数表的指针(常被称为vptr)。举个例:
class Class1 {
public :
data1;
data2;
memfunc();
virtual vfunc1();
virtual vfunc2();
virtual vfunc3();
};
Class1 对象实体在内存中占据这样的空间:
vptr àvtable
m_data1
m_data2
其中,vptr是指向虚函数表vtable的指针,vtable中每一个元素都指向一个虚拟函数的地址。vatble在内存中的内容如下:
(*vfunc1)() àClass1::vfunc1()
(*vfunc2)() àClass1::vfunc2()
(*vfunc3)() àClass1::vfunc3()
C++类的成员函数,可以想象就是C 语言中的函数。它只是被编译器改过名称,并增加一个参数(this 指针),因而可以处理调用者(C++对象)中的成员变量。
每一个由此类别衍生出来的对象,都有这么一个vptr。当我们透过这个对象调用虚拟函数,事实上是透过vptr 找到虚拟函数表,再找出虚拟函数的真正地址。奥妙在于这个虚拟函数表以及这种间接调用方式。虚拟函数表的内容是依据类别中的虚拟函数声明次序,一一填入函数指针。衍生类别会继承基础类别的虚拟函数表(以及所有其它可以继承的成员),当我们在衍生类别中改写虚拟函数时,虚拟函数表就受了影响:表中元素所指的函数地址将不再是基础类别的函数地址,而是衍生类别的函数地址。
看看这个例子:
class Class2 : public Class1
{
public :
m_data3;
memfunc();
virtual vfunc2();
}
Class2 对象实体在内存中占据的空间:
vptr àvtable
m_data1
m_data2
m_data3
其中,vptr是指向虚函数表vtable的指针,vtable中每一个元素都指向一个虚拟函数的地址。vatble在内存中的内容如下:
(*vfunc1)() àClass1::vfunc1()
(*vfunc2)() àClass2::vfunc2()
(*vfunc3)() àClass1::vfunc3()
于是,一个指向Class1所生成对象的指针,所调用的vfunc2就是Class1::vfunc2,而一个指向Class2 所生成对象的指针,所调用的vfunc2 就是Class2::vfunc2。
动态绑定机制,在执行时期,根据虚拟函数表,做出了正确的选择。

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