浅谈C++中虚函数实现原理揭秘

2020-01-06 15:26:48王旭


class base
{
public:
  void bfun(){}
  virtual void vfun1(){}
  virtual int vfun2(){}
private:
  int a;
} class derived : public base
{
public:
  void dfun(){}
  virtual void vfun1(){}
  virtual int vfun3(){}
private:
  int b;
} 

两个类VPTR指向的虚函数表(VTABLE)分别如下:

base类

 


      ——————
VPTR——> |&base::vfun1 |
      ——————
     |&base::vfun2 |
     ——————

derived类


      ———————
VPTR——> |&derived::vfun1 |
      ———————
     |&base::vfun2 |
     ———————
     |&derived::vfun3 |
     ———————

每当创建一个包含有虚函数的类或从包含有虚函数的类派生一个类时,编译器就为这个类创建一个VTABLE,如上图所示。在这个表中,编译器放置了在这个类 中或在它的基类中所有已声明为virtual的函数的地址。如果在这个派生类中没有对在基类中声明为virtual的函数进行重新定义,编译器就使用基类 的这个虚函数地址。(在derived的VTABLE中,vfun2的入口就是这种情况。)然后编译器在这个类中放置VPTR。当使用简单继承时,对于每 个对象只有一个VPTR。VPTR必须被初始化为指向相应的VTABLE,这在构造函数中发生。

一旦VPTR被初始化为指向相应的VTABLE,对象就"知道"它自己是什么类型。但只有当虚函数被调用时这种自我认知才有用。       

个人总结如下:

1、从包含虚函数的类派生一个类时,编译器就为该类创建一个VTABLE。其每一个表项是该类的虚函数地址。

2、在定义该派生类对象时,先调用其基类的构造函数,然后再初始化VPTR,最后再调用派生类的构造函数( 从二进制的视野来看,所谓基类子类是一个大结构体,其中this指针开头的四个字节存放虚函数表头指针。执行子类的构造函数的时候,首先调用基类构造函数,this指针作为参数,在基类构造函数中填入基类的vptr,然后回到子类的构造函数,填入子类的vptr,覆盖基类填入的vptr。如此以来完成vptr的初始化。 )

3、在实现动态绑定时,不能直接采用类对象,而一定要采用指针或者引用。因为采用类对象传值方式,有临时基类对象的产生,而采用指针,则是通过指针来访问外部的派生类对象的VPTR来达到访问派生类虚函数的结果。