C/C++雜記 虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)的基本原理(圖文)
1. 概述
簡(jiǎn)單地說，每一個(gè)含有虛函數(shù)（無論是其本身的，還是繼承而來的）的類都至少有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的虛函數(shù)表，其中存放著該類所有的虛函數(shù)對(duì)應(yīng)的函數(shù)指針。例：
其中：
B的虛函數(shù)表中存放著B::foo和B::bar兩個(gè)函數(shù)指針。
D的虛函數(shù)表中存放的既有繼承自B的虛函數(shù)B::foo，又有重寫（override）了基類虛函數(shù)B::bar的D::bar，還有新增的虛函數(shù)D::quz。
提示：為了描述方便，本文在探討對(duì)象內(nèi)存布局時(shí)，將忽略內(nèi)存對(duì)齊對(duì)布局的影響。
2. 虛函數(shù)表構(gòu)造過程
從編譯器的角度來說，B的虛函數(shù)表很好構(gòu)造，D的虛函數(shù)表構(gòu)造過程相對(duì)復(fù)雜。下面給出了構(gòu)造D的虛函數(shù)表的一種方式（僅供參考）：
提示：該過程是由編譯器完成的，因此也可以說：虛函數(shù)替換過程發(fā)生在編譯時(shí)。
3. 虛函數(shù)調(diào)用過程
以下面的程序為例：
編譯器只知道pb是B*類型的指針，并不知道它指向的具體對(duì)象類型 ：pb可能指向的是B的對(duì)象，也可能指向的是D的對(duì)象。
但對(duì)于“pb->bar()”，編譯時(shí)能夠確定的是：此處operator->的另一個(gè)參數(shù)是B::bar（因?yàn)閜b是B*類型的，編譯器認(rèn)為bar是B::bar），而B::bar和D::bar在各自虛函數(shù)表中的偏移位置是相等的。
無論pb指向哪種類型的對(duì)象，只要能夠確定被調(diào)函數(shù)在虛函數(shù)中的偏移值，待運(yùn)行時(shí)，能夠確定具體類型，并能找到相應(yīng)vptr了，就能找出真正應(yīng)該調(diào)用的函數(shù)。
提示：本人曾在“C/C++雜記：深入理解數(shù)據(jù)成員指針、函數(shù)成員指針”一文中提到：虛函數(shù)指針中的ptr部分為虛函數(shù)表中的偏移值（以字節(jié)為單位）加1。
B::bar是一個(gè)虛函數(shù)指針， 它的ptr部分內(nèi)容為9，它在B的虛函數(shù)表中的偏移值為8（8+1=9）。
當(dāng)程序執(zhí)行到“pb->bar()”時(shí)，已經(jīng)能夠判斷pb指向的具體類型了：
如果pb指向B的對(duì)象，可以獲取到B對(duì)象的vptr，加上偏移值8（(char*)vptr + 8），可以找到B::bar。
如果pb指向D的對(duì)象，可以獲取到D對(duì)象的vptr，加上偏移值8（(char*)vptr + 8） ，可以找到D::bar。
如果pb指向其它類型對(duì)象...同理...
4. 多重繼承
當(dāng)一個(gè)類繼承多個(gè)類，且多個(gè)基類都有虛函數(shù)時(shí)，子類對(duì)象中將包含多個(gè)虛函數(shù)表的指針（即多個(gè)vptr），例：
其中：D自身的虛函數(shù)與B基類共用了同一個(gè)虛函數(shù)表，因此也稱B為D的主基類（primary base class）。
虛函數(shù)替換過程與前面描述類似，只是多了一個(gè)虛函數(shù)表，多了一次拷貝和替換的過程。
虛函數(shù)的調(diào)用過程，與前面描述基本類似，區(qū)別在于基類指針指向的位置可能不是派生類對(duì)象的起始位置，以如下面的程序?yàn)槔?br />
5. 菱形繼承
本文不討論菱形繼承的情形，個(gè)人覺得：菱形繼承的復(fù)雜度遠(yuǎn)大于它的使用價(jià)值，這也是C++讓人又愛又恨的原因之一。
如果想要深入研究，可以參考：Itanium C++ ABI。
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