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C++拾遺--虛函數原理

前言

C++的多態依賴虛函數來實現。若類存在虛函數,則每一個類的實例都維護了一個地址,這個地址指向虛函數表。虛函數表中存放的是類中所有虛函數的地址。下面我們找出虛函數表的地址,從而獲得每個虛函數的地址,然後使用地址直接調用虛函數。

正文

1.空類的size

#include <iostream>
using namespace std;
class MyClass
{
 
};
int main()
{
 cout << "sizeof(MyClass) = " << sizeof(MyClass) << endl;
 cin.get();
 return 0;
}

運行

空類沒有定義任何的成員,這樣的類size都是1,1表示該類存在。

2.有函數(非虛函數)成員的類

#include <iostream>
using namespace std;
class MyClass
{
 void fun(){};
};
int main()
{
 cout << " sizeof(MyClass) = "<< sizeof(MyClass) << endl;
 cin.get();
 return 0;
}

運行

這樣的類:無數據成員,只有非虛的函數成員,它的size都是1。原因:代碼區不計入size、

3.只含有虛函數的類

#include <iostream>
using namespace std;
class MyClass
{
 virtual void fun(){};
};
int main()
{
 cout << " sizeof(MyClass) = "<< sizeof(MyClass) << endl;
 cin.get();
 return 0;
}

運行

這個4即是指向虛函數表指針的大小。

4.虛函數表

無論該類是否有數據成員,指向虛函數表的指針,都位於對象的首地址處。

#include <iostream>
using namespace std;

class MyClass
{
public:
 virtual void fun1()
 {
  cout << "void fun1()" << endl;
 }
 virtual void fun2()
 {
  cout << "void fun2()" << endl;
 }
 virtual void fun3()
 {
  cout << "void fun3()" << endl;
 }
};
//Fun是函數指針
typedef void(*Fun)();
int main()
{
 cout << "******虛函數原理***by David***" << endl;
 MyClass *p = new MyClass;
 cout << "虛函數表的地址" << ends;
 cout << (void*)*(int*)p << endl;
 Fun pfun1 = (Fun)*(int*)(*(int*)p);
 cout << (void*)pfun1 << ends;
 pfun1();
 Fun pfun2 = (Fun)*((int*)(*(int*)p) + 1);
 cout << (void*)pfun2 << ends;
 pfun2();
 Fun pfun3 = (Fun)*((int*)(*(int*)p) + 2);
 cout << (void*)pfun3 << ends;
 pfun3();
 //斷點
 cin.get();
 return 0;
}

運行

在調試窗口中可看到相關局部變量和虛函數表的相關信息

下面來詳細分析下,我們是如何獲得虛函數表的地址的

聯合上圖,我們來一步一步推導出虛函數表的地址以及各個虛函數的地址

1.指針p的類型是MyClass *

2.虛函數表的地址在對象的首部(前四個字節),*p的類型是MyClass,為了獲取前四個字節的存儲內容,必須對p進行類型轉換->(int*)p

3.如是*(int*)p就是虛函數表的地址,之所以加上void*,因為這是C++中對指針的標准打印方式。

4.虛函數表的地址*(int*)p,指向虛函數表的首部。每個虛函數的地址都是四個字節大小的,也就是說,虛函數表的前四個字節的存儲內容就是第一個虛函數fun1的地址。隨後四個字節的存儲內容是第二個虛函數fun2的地址,以此類推……

5.為了獲取fun1的地址,同理需要對*(int*)p進行類型轉換->(int*)(*(int*)p),需要指出此時*(int*)p的類型是int*,解引用後就是fun1的地址了 *(int*)(*(int*)p)

6.如何獲取fun2的地址呢,那當然就是對上一步的指針(int*)(*(int*)p)進行移動,移動4個字節 (int*)(*(int*)p)+1,解引用後*((int*)(*(int*)p)+1),就是fun2的地址。再次移動四個字節 (int*)(*(int*)p)+2,解引用後*((int*)(*(int*)p)+2),就是fun3的地址。

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C++ Primer Plus 第6版 中文版 清晰有書簽PDF+源代碼 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101227.htm

讀C++ Primer 之構造函數陷阱 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-08/40176.htm

讀C++ Primer 之智能指針 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-08/40177.htm

讀C++ Primer 之句柄類 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-08/40175.htm

將C語言梳理一下,分布在以下10個章節中:

  1. Linux-C成長之路(一):Linux下C編程概要 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242.htm
  2. Linux-C成長之路(二):基本數據類型 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p2.htm
  3. Linux-C成長之路(三):基本IO函數操作 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p3.htm
  4. Linux-C成長之路(四):運算符 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p4.htm
  5. Linux-C成長之路(五):控制流 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p5.htm
  6. Linux-C成長之路(六):函數要義 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p6.htm
  7. Linux-C成長之路(七):數組與指針 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p7.htm
  8. Linux-C成長之路(八):存儲類,動態內存 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p8.htm
  9. Linux-C成長之路(九):復合數據類型 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p9.htm
  10. Linux-C成長之路(十):其他高級議題

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