虚函数

 

虚函数的内存布局

一个拥有虚函数的类内部会有一个成员变量vptr，一个四字节大小的指针，指向虚函数表，虚函数表中记录了该类的各个虚函数的入口地址，如果该类重载了继承的虚函数，那么就存放自己的虚函数地址，否则就是父类的虚函数地址。

class A

{

public :

     virtual void f(){};

     virtual ~A(){};

};

 

class B:public A

{

     void f(){int i=0;};

};

 

A* pA=new B();

pA->f();

对于f的调用操作编译器有如下动作：

void B::f() 函数解释为void f(B* this);

pA->f() 解释为 (*pA->vptr[0])(this);//0是f函数在虚拟函数表格中的索引

 

所以我们可以看出，虽然指针pA静态类型为A类的指针，但是对于f的调用是依赖于B对象内部的vptr指向的虚拟函数表，而此时函数表内的f函数已经是B类的重载版本，因此这就构成了运行时多态，这个c++的基本特征。

        

         虚继承的内存布局，摘自《c++对话系列》。

class parent { /* whatever */ };

class child1 : public virtual parent { /* whatever */ };

class child2 : public virtual parent { /* whatever */ };

class multi : public child1, public child2 { /* whatever */ };

 

parent::vptr

parent data

child1::vptr

child1 data

child2::vptr

child2 data

multi::vptr

multi data

在这种复杂的情况下，最底层派生对象内部拥有三个vptr，指向三个虚函数表。

注意，经过我的实验，这种内存布局各种编译器表现不一样，比如 vc 就是先把 child1 放在最前面，然后是 child2 ，最后是 parent, 并且至少 vc 中，我们可以通过调用 static_cast 获得各个类型的 vptr 值，这种典型的应用是在 com 的 QueryInterface 函数的实现里面。

         经过上面的分析，我知道上面的虚继承会带来多个虚函数表以及多个vptr，这是内存上的额外的开销，当然避免了多个顶级父类的内存副本和模棱两可的继承，也有它的好处。

         我们可以看看com里面常常出现的多继承带来的对象内存布局

class CPenguin : public IBird, public ISnappyDresser {...};

IBird和ISnappyDresser接口都继承自IUnknown接口，内存布局如下图：

 

纯虚函数和虚函数的区别

         参考 <<Effective C++>> 3th Edition,这里作个简单的概括

 

纯虚函数分为函数定义和没有函数定义----

没有函数定义的纯虚函数目的是为了让子类继承接口，强制子类实现该函数；

有函数定义的纯虚函数目的是为了让子类继承接口，而父类的实现函数必须在子类重载函数中 手动调用

 

非纯虚函数目的是让子类 自动的继承接口和函数实现

 

虚函数与访问权限

         虚函数的重载机制和访问权限是相互独立的，互相没有干扰，但是可以结合使用。

一个private权限的虚函数可以被子类重载，但是子类不能访问父类的虚函数，但是父类可以通过运行时多态的方式来调用子类重载后的虚函数。

一个protected权限的虚函数可以被子类重载，子类也可以访问父类的虚函数

一个public权限的虚函数可以被重载，子类也可以访问

虚函数与设计模式

      虚函数和template method模式的结合

         这也被称为NVI(non virtual interface)手法。类只暴露非虚函数f，同时提供一个保护或者私有的d_f虚函数，在f函数的视线中调用do_f。派生类重载do_f从而提供自己的独特功能。

         Template Method模式的好处就是提供统一的调用框架，在f函数里面，而交给派生类自己订制的行为。比如f函数里面，可以在调用do_f之前与之后添加一些代码，执行内存分配和清除动作。

         虚拟函数应该和数据成员一样对待----让他们成为私有的，除非设计需求表明应该有较少的限制。提升它们到更高存取级别比把它们降到更私有的级别更容易些。