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C++虚函数底层机制

C++的虚函数（Virtual Function）是通过一张虚函数表（Virtual Table）来实现的。简称为V-Table。 在这个表中，主是要一个类的虚函数的地址表，这张表解决了继承、覆盖的问题，保证其容真实反应实际的函数。这样，在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了 这个实例的内存中，所以，当我们用父类的指针来操作一个子类的时候，这张虚函数表就显得由为重要了，它就像一个地图一样，指明了实际所应该调用的函数。

1． 无继承的情况

#include 
   
    using namespace std;class Base {public:    virtual void f() { cout << "Base::f()" << endl; }    virtual void g() { cout << "Base::g()" << endl; }    virtual void h() { cout << "Base::h()" << endl; }};int main(){    typedef void (*Fun)();    Base *b = new Base;    cout << *(int*)(&b) << endl; //虚函数表的地址存放在对象最开始的位置    Fun funf = (Fun)(*(int*)*(int*)b);    Fun fung = (Fun)(*((int*)*(int*)b + 1));    Fun funh = (Fun)(*((int*)*(int*)b + 2));    funf();    fung();    funh();    cout << (Fun)(*((int*)*(int*)b + 3)); // 最后一个位置为0，表明虚函数表的结束    return 0;}
   

2． 继承，无虚函数覆盖的情形

#include 
   
    using namespace std;class Base {public:    virtual void f() { cout << "Base::f()" << endl; }    virtual void g() { cout << "Base::g()" << endl; }    virtual void h() { cout << "Base::h()" << endl; }};class Derive: public Base {    virtual void f1() { cout << "Derive::f1()" << endl; }    virtual void g1() { cout << "Derive::g1()" << endl; }    virtual void h1() { cout << "Derive::h1()" << endl; }};int main(){    typedef void (*Fun)();    Base *b = new Derive;    cout << *(int*)b << endl;    Fun funf = (Fun)(*(int*)*(int*)b);    Fun fung = (Fun)(*((int*)*(int*)b + 1));    Fun funh = (Fun)(*((int*)*(int*)b + 2));    Fun funf1 = (Fun)(*((int*)*(int*)b + 3));    Fun fung1 = (Fun)(*((int*)*(int*)b + 4));    Fun funh1 = (Fun)(*((int*)*(int*)b + 5));    funf(); // Base::f()    fung(); // Base::g()    funh(); // Base::h()    funf1(); // Derive::f1()    fung1(); // Derive::g1()    funh1(); // Derive::h1()    cout << (Fun)(*((int*)*(int*)b + 6)) << endl;    return 0;}
   

从上表可以发现：

1． 虚函数按照其声明顺序放于表中。

2． 父类的虚函数在子类的虚函数前面。

3． 继承，虚函数覆盖的情形

#include 
   
    using namespace std;class Base {public:    virtual void f() { cout << "Base::f()" << endl; }    virtual void g() { cout << "Base::g()" << endl; }    virtual void h() { cout << "Base::h()" << endl; }};class Derive : public Base {    virtual void f() { cout << "Derive::f()" << endl; }    virtual void g1() { cout << "Derive::g1()" << endl; }    virtual void h1() { cout << "Derive::h1()" << endl; }};int main(){    typedef void(*Fun)();    Base *b = new Derive;    cout << *(int*)b << endl;    Fun funf = (Fun)(*(int*)*(int*)b);    Fun fung = (Fun)(*((int*)*(int*)b + 1));    Fun funh = (Fun)(*((int*)*(int*)b + 2));    Fun fung1 = (Fun)(*((int*)*(int*)b + 3));    Fun funh1 = (Fun)(*((int*)*(int*)b + 4));    funf(); // Derive::f()    fung(); // Base::g()    funh(); // Base::h()    fung1(); // Derive::g1()    funh1(); // Derive::h1()    cout << (Fun)(*((int*)*(int*)b + 5)) << endl;    return 0;}
   

从上表可以看出：

1． 覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。

2． 没有被覆盖的函数依旧。

3． 可通过获取获取成员函数指针来调用成员函数（即使是private类型的），带 来一定安全性的影响。

4． 多继承的情形

#include 
   
    using namespace std;class Base1 {public:    virtual void f() { cout << "Base1::f()" << endl; }    virtual void g() { cout << "Base1::g()" << endl; }    virtual void h() { cout << "Base1::h()" << endl; }};class Base2 {public:    virtual void f() { cout << "Base2::f()" << endl; }    virtual void g() { cout << "Base2::g()" << endl; }    virtual void h() { cout << "Base2::h()" << endl; }};class Base3 {public:    virtual void f() { cout << "Base3::f()" << endl; }    virtual void g() { cout << "Base3::g()" << endl; }    virtual void h() { cout << "Base3::h()" << endl; }};class Derive: public Base1,public Base2, public Base3 {    virtual void f() { cout << "Derive::f()" << endl; }    virtual void g1() { cout << "Derive::g1()" << endl; }};int main(){    typedef void (*Fun)();    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()    Fun b1fun = (Fun)(*(int*)*(int*)b1);    Fun b2fun = (Fun)(*(int*)*((int*)b1+1));    Fun b3fun = (Fun)(*(int*)*((int*)b1+2));    b1fun(); // Derive::f()    b2fun(); // Derive::f()    b3fun(); // Derive::f()    return 0;}
   

从上表可以看出：

1． 每个父类都有自己的虚表。

2． 子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。（所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的）

3． 对于多继承无虚函数覆盖的情况，布局与上图类似(Derive的位置对应Base)。

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