C++虛表相關(轉載)

轉自：www.cnblogs.com/lihaosky/articles/1606502.html

1. 虛函數表

　　對C++ 瞭解的人都應該知道虛函數（Virtual Function）是經過一張虛函數表（Virtual Table）來實現的。簡稱爲V-Table。 在這個表中，主是要一個類的虛函數的地址表，這張表解決了繼承、覆蓋的問題，保證其容真實反應實際的函數。這樣，在有虛函數的類的實例中這個表被分配在了 這個實例的內存中，因此，當咱們用父類的指針來操做一個子類的時候，這張虛函數表就顯得由爲重要了，它就像一個地圖同樣，指明瞭實際所應該調用的函數。
　　這裏咱們着重看一下這張虛函數表。在C++的標準規格說明書中說到，編譯器必須要保證虛函數表的指針存在於對象實例中最前面的位置（這是 爲了保證正確取到虛函數的偏移量）。 這意味着咱們經過對象實例的地址獲得這張虛函數表，而後就能夠遍歷其中函數指針，並調用相應的函數。
假設咱們有這樣的一個類：

 

 按照上面的說法，咱們能夠經過Base的實例來獲得虛函數表，下面是實際例程：

示例輸出：

經過這個示例，咱們能夠看到，咱們能夠經過強行把&b轉成int *，取得虛函數表的地址，而後，再次取址就能夠獲得第一個虛函數的地址了，也就是Base::f()，這在上面的程序中獲得了驗證（把int* 強制轉成了函數指針）。經過這個示例，咱們就能夠知道若是要調用Base::g()和Base::h()，其代碼以下：

(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0); // Base::f()

(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1); // Base::g()

(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2); // Base::h()

 這個時候你應該懂了吧。什麼？仍是有點暈。也是，這樣的代碼看着太亂了。沒問題，讓我畫個圖解釋一下。以下所示：

　　注意：在上面這個圖中，我在虛函數表的最後多加了一個結點，這是虛函數表的結束結點，就像字符串的結束符「\0」同樣，其標誌了虛函數表的 結束。這個結束標誌的值在不一樣的編譯器下是不一樣的。在WinXP+VS2003下，這個值是NULL。而在Ubuntu 7.10 + Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3下，這個值是若是1，表示還有下一個虛函數表，若是值是0，表示是最後一個虛函數表。

　　下面，我將分別說明「無覆蓋」和「有覆蓋」時的虛函數表的樣子。沒有覆蓋父類的虛函數是毫無心義的。我之因此要講述沒有覆蓋的狀況，主要目的是爲了給一個對比。在比較之下，咱們能夠更加清楚地知道其內部的具體實現。

　　2. 通常繼承（無虛函數覆蓋）

　　下面再讓咱們來看看繼承時的虛函數表是什麼樣的。假設有以下所示的一個繼承關係：

　　

　　請注意，在這個繼承關係中，子類沒有重寫父類的任何函數，那麼，在派生類實例中，其虛函數表以下所示，對於實例Derive d，其虛函數表爲：

　　

　　咱們能夠看到下面幾點：
　　1）虛函數按照其聲明順序放於表中。
　　2）父類的虛函數在子類的虛函數前面。

　　3. 通常繼承（有虛函數覆蓋）

　　覆蓋父類的虛函數是很顯然的事情，否則，虛函數就變得毫無心義。下面，咱們來看一下，若是子類中有虛函數重載了父類的虛函數，會是一個什麼樣子？假設，咱們有下面這樣的一個繼承關係。

　　

　　爲了讓你們看到被繼承事後的效果，在這個類的設計中，我只覆蓋了父類的一個函數：f()。那麼，對於派生類的實例，其虛函數表會是下面的一個樣子：

　　

　　咱們從表中能夠看到下面幾點，
　　1）覆蓋的f()函數被放到了虛表中原來父類虛函數的位置。
　　2）沒有被覆蓋的函數依舊。
　　這樣，咱們就能夠看到對於下面這樣的程序，

    Base *b = new Derive();
　　b->f();

　　由b所指的內存中的虛函數表的f()的位置已經被Derive::f()函數地址所取代，因而在實際調用發生時，是Derive::f()被調用了。這就實現了多態。

 

　　4. 多重繼承（無虛函數覆蓋）

　　下面，再讓咱們來看看多重繼承中的狀況，假設有下面這樣一個類的繼承關係。注意：子類並無覆蓋父類的函數。

　　

　　對於子類實例中的虛函數表，是下面這個樣子：

　　

　　咱們能夠看到：
　　1） 在子類實例中，每一個父類都有本身對應的虛表。
　　2） 子類的成員函數被放到了第一個父類對應的表中。（所謂的第一個父類是按照聲明順序來判斷的）
　　這樣作就是爲了解決不一樣的父類類型的指針指向同一個子類實例，而可以調用到實際的函數。

　　5. 多重繼承（有虛函數覆蓋）

　　下面咱們再來看看，若是發生虛函數覆蓋的狀況。
　　下圖中，咱們在子類中覆蓋了父類的f()函數。

　　

　　下面是對於子類實例中的虛函數表的圖：

　　

　　咱們能夠看見，三個父類虛函數表中的f()的位置被替換成了子類的函數指針。這樣，咱們就能夠任一靜態類型的父類來指向子類，並調用子類的f()了。如：

Derive d;

Base1 *b1 = &d;

Base2 *b2 = &d;

Base3 *b3 = &d;

b1->f(); //Derive::f()

b2->f(); //Derive::f()

b3->f(); //Derive::f()

b1->g(); //Base1::g()

b2->g(); //Base2::g()

b3->g(); //Base3::g()

 

　　6. 安全性

　　6.1 經過父類型的指針訪問子類本身的虛函數
　　咱們知道，子類沒有重載父類的虛函數是一件毫無心義的事情。由於多態也是要基於函數重載的。雖然在上面的圖中咱們能夠看到Base1的虛表中有Derive的虛函數，但咱們根本不可能使用下面的語句來調用子類的自有虛函數：

Base1 *b1 = new Derive();

b1->f1(); //編譯出錯

 　　任何妄圖使用父類指針想調用子類中的未覆蓋父類的成員函數的行爲都會被編譯器視爲非法，因此，這樣的程序根本沒法編譯經過。但在運行時，咱們能夠經過指針的方式訪問虛函數表來達到違反C++語義的行爲。（關於這方面的嘗試，能夠參考6.2的代碼示例）

　　6.2 訪問non-public的虛函數

　　另外，若是父類的虛函數是private或是protected的，但這些非public的虛函數一樣會存在於虛函數表中，因此，咱們一樣可使用訪問虛函數表的方式來訪問這些non-public的虛函數，這是很容易作到的。

　　//Test.h

　　

　　//Test.cpp

　　

　　程序輸出結果：