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C/C++雜記 虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)的基本原理(圖文)

 更新時(shí)間:2016年06月11日 13:07:02   投稿:mdxy-dxy  
這篇文章主要介紹了C/C++雜記 虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)的基本原理(圖文),需要的朋友可以參考下

1. 概述

簡(jiǎn)單地說(shuō),每一個(gè)含有虛函數(shù)(無(wú)論是其本身的,還是繼承而來(lái)的)的類(lèi)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(lèi)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(niǎo)::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(xiě)(override)了基類(lèi)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?xún)?nèi)存對(duì)齊對(duì)布局的影響。

2. 虛函數(shù)表構(gòu)造過(guò)程

編譯器的角度來(lái)說(shuō),B的虛函數(shù)表很好構(gòu)造,D的虛函數(shù)表構(gòu)造過(guò)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(guò)程是由編譯器完成的,因此也可以說(shuō):虛函數(shù)替換過(guò)程發(fā)生在編譯時(shí)。

3. 虛函數(shù)調(diào)用過(guò)程

以下面的程序為例:

編譯器只知道pb是B*類(lèi)型的指針,并不知道它指向的具體對(duì)象類(lèi)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(lèi)型的,編譯器認(rèn)為bar是B::bar),而B(niǎo)::bar和D::bar在各自虛函數(shù)表中的偏移位置是相等的。

無(wú)論pb指向哪種類(lèi)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(lèi)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(lèi)型了:

復(fù)制代碼 代碼如下:

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(lèi)型對(duì)象...同理...

4. 多重繼承

當(dāng)一個(gè)類(lèi)繼承多個(gè)類(lèi),且多個(gè)基類(lèi)都有虛函數(shù)時(shí),子類(lèi)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(lèi)共用了同一個(gè)虛函數(shù)表,因此也稱(chēng)B為D的主基類(lèi)(primary base class)。

虛函數(shù)替換過(guò)程與前面描述類(lèi)似,只是多了一個(gè)虛函數(shù)表,多了一次拷貝和替換的過(guò)程。

虛函數(shù)的調(diào)用過(guò)程,與前面描述基本類(lèi)似,區(qū)別在于基類(lèi)指針指向的位置可能不是派生類(lèi)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(jué)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(ài)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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