C++虚函数与虚函数表

多态性可分为两类：静态多态和动态多态。

函数重载和运算符重载实现的多态属于静态多态，函数模板，类模板也属于静态多态

动态多态性是通过虚函数实现的。

每个含有虚函数的类有一张虚函数表(vtbl)，表中每一项是一个虚函数的地址， 也就是说，虚函数表的每一项是一个虚函数的指针。

没有虚函数的C++类，是不会有虚函数表的。

两张图：

 

 

下面我们再来看看，如果发生虚函数重载的情况。

下图中，我们重载了父类的f()函数。

图8

下面是对于子类实例中的虚函数表的图：

图9

我们可以看见，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，我们就可以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()

简单例子：

 

 1 #include <iostream> 2 #include <windows.h> 3  4 using namespace std; 5  6 class base 7 { 8     virtual void f(){cout<<"base::f"<<endl;}; 9     virtual void g(){cout<<"base::g"<<endl;};10     virtual void h(){cout<<"base::h"<<endl;};11 };12 13 typedef void (*pfun)();14 15 void main()16 {17     DWORD w=0x4011e0; //虚函数表第一项的内容，也就是第一个虚函数的地址18 19     pfun fun=NULL;20     base b;21     base *pbase=&b;22 23     fun=(pfun)w;24     fun();    //调用第一个虚函数25 }

查看对象b在内存中：

查看虚函数表：

 

 虚函数表的指针4个字节大小（vptr），存在于对象实例中最前面的位置（这是为了保证取到虚函数表的有最高的性能——如果有多层继承或是多重继承的情况下）。这意味着我们通过对象实例的地址得到这张虚函数表，然后就可以遍历其中函数指针，并调用相应的函数。

 

虚函数表的结束标志在不同的编译器下是不同的。在VC6.0下，这个值是NULL，如图：

 

 

另一个例子：

 

 1 #include <iostream> 2  3 using namespace std; 4  5 class base 6 { 7     virtual void f(){cout<<"base::f"<<endl;}; 8     virtual void g(){cout<<"base::g"<<endl;}; 9     virtual void h(){cout<<"base::h"<<endl;};10 };11 12 class Derive : public base13 {14     15 public:16     Derive(){};17     virtual void f() { cout << "Derive::f" << endl; }    18     virtual void g() { cout << "Derive::g" << endl; }19     20 };21 22 typedef void(*pfun)();23 24 void main()25 {26     pfun fun=NULL;27     Derive d;28     base *p=&d;29 30     fun=(pfun)**((int**)p);31     fun();    //调用第一个虚函数32 33     fun=(pfun)*(*((int**)p)+2);34     fun();    //调用第三个函数35 36 }

 

查看对象d在内存中：

 

多重继承：

   有几个父类，就有几个vtab和vptr

 

 

 

代码：

  1 #include <iostream>  2    3 using namespace std;  4    5 class Base1 {  6    7 public:  8    9             virtual void f() { cout << "Base1::f" << endl; } 10   11             virtual void g() { cout << "Base1::g" << endl; } 12   13             virtual void h() { cout << "Base1::h" << endl; } 14   15   16   17 }; 18   19 class Base2 { 20   21 public: 22   23             virtual void f() { cout << "Base2::f" << endl; } 24   25             virtual void g() { cout << "Base2::g" << endl; } 26   27             virtual void h() { cout << "Base2::h" << endl; } 28   29 }; 30   31   32 class Base3 { 33   34 public: 35   36             virtual void f() { cout << "Base3::f" << endl; } 37   38             virtual void g() { cout << "Base3::g" << endl; } 39   40             virtual void h() { cout << "Base3::h" << endl; } 41   42 }; 43   44   45 class Derive : public Base1, public Base2, public Base3 { 46   47 public: 48   49             virtual void f() { cout << "Derive::f" << endl; } 50   51             virtual void g1() { cout << "Derive::g1" << endl; } 52   53 }; 54   55   56 typedef void(*Fun)(void); 57   58 int main()  59  60 { 61   62             Fun pFun = NULL; 63   64             Derive d; 65   66             int** pVtab = (int**)&d; 67   68             //Base1's vtable 69   70             //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+0); 71   72             pFun = (Fun)pVtab[0][0]; 73   74             pFun(); 75   76  77             //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+1); 78   79             pFun = (Fun)pVtab[0][1]; 80   81             pFun(); 82   83  84             //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+2); 85   86             pFun = (Fun)pVtab[0][2]; 87   88             pFun(); 89   90  91             //Derive's vtable 92   93             //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+3); 94   95             pFun = (Fun)pVtab[0][3]; 96   97             pFun(); 98   99  100             //The tail of the vtable101  102             pFun = (Fun)pVtab[0][4];103  104             cout<<pFun<<endl;105  106  107             //Base2's vtable108  109             //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+0);110  111             pFun = (Fun)pVtab[1][0];112  113             pFun();114  115  116             //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+1);117  118             pFun = (Fun)pVtab[1][1];119  120             pFun();121  122 123             pFun = (Fun)pVtab[1][2];124  125             pFun(); 126 127  128             //The tail of the vtable129  130             pFun = (Fun)pVtab[1][3];131  132             cout<<pFun<<endl;133  134  135             //Base3's vtable136  137             //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+0);138  139             pFun = (Fun)pVtab[2][0];140  141             pFun();142  143  144             //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+1);145  146             pFun = (Fun)pVtab[2][1];147  148             pFun();149  150  151             pFun = (Fun)pVtab[2][2];152  153             pFun(); 154 155  156             //The tail of the vtable157  158             pFun = (Fun)pVtab[2][3];159  160             cout<<pFun<<endl;161  162  163             cout<<sizeof(d)<<endl;164 165             return 0;166  167 }