C/C++杂记 虚函数的实现的基本原理(图文)_C 语言

1. 概述

简单地说,每一个含有虚函数(无论是其本身的,还是继承而来的)的类都至少有一个与之对应的虚函数表,其中存放着该类所有的虚函数对应的函数指针。例:

其中:

B的虚函数表中存放着B::foo和B::bar两个函数指针。
D的虚函数表中存放的既有继承自B的虚函数B::foo,又有重写(override)了基类虚函数B::bar的D::bar,还有新增的虚函数D::quz。

提示:为了描述方便,本文在探讨对象内存布局时,将忽略内存对齐对布局的影响。

2. 虚函数表构造过程

从编译器的角度来说,B的虚函数表很好构造,D的虚函数表构造过程相对复杂。下面给出了构造D的虚函数表的一种方式(仅供参考):

提示:该过程是由编译器完成的,因此也可以说:虚函数替换过程发生在编译时。

3. 虚函数调用过程

以下面的程序为例:

编译器只知道pb是B*类型的指针,并不知道它指向的具体对象类型 :pb可能指向的是B的对象,也可能指向的是D的对象。

但对于“pb->bar()”,编译时能够确定的是:此处operator->的另一个参数是B::bar(因为pb是B*类型的,编译器认为bar是B::bar),而B::bar和D::bar在各自虚函数表中的偏移位置是相等的。

无论pb指向哪种类型的对象,只要能够确定被调函数在虚函数中的偏移值,待运行时,能够确定具体类型,并能找到相应vptr了,就能找出真正应该调用的函数。

提示:本人曾在“C/C++杂记:深入理解数据成员指针、函数成员指针”一文中提到:虚函数指针中的ptr部分为虚函数表中的偏移值(以字节为单位)加1。

B::bar是一个虚函数指针, 它的ptr部分内容为9,它在B的虚函数表中的偏移值为8(8+1=9)。

当程序执行到“pb->bar()”时,已经能够判断pb指向的具体类型了:

复制代码 代码如下:

如果pb指向B的对象,可以获取到B对象的vptr,加上偏移值8((char*)vptr + 8),可以找到B::bar。
如果pb指向D的对象,可以获取到D对象的vptr,加上偏移值8((char*)vptr + 8) ,可以找到D::bar。
如果pb指向其它类型对象...同理...

4. 多重继承

当一个类继承多个类,且多个基类都有虚函数时,子类对象中将包含多个虚函数表的指针(即多个vptr),例:

其中:D自身的虚函数与B基类共用了同一个虚函数表,因此也称B为D的主基类(primary base class)。

虚函数替换过程与前面描述类似,只是多了一个虚函数表,多了一次拷贝和替换的过程。

虚函数的调用过程,与前面描述基本类似,区别在于基类指针指向的位置可能不是派生类对象的起始位置,以如下面的程序为例:

5. 菱形继承

本文不讨论菱形继承的情形,个人觉得:菱形继承的复杂度远大于它的使用价值,这也是C++让人又爱又恨的原因之一。

如果想要深入研究,可以参考:Itanium C++ ABI。

时间: 2024-07-29 04:45:41

C/C++杂记 虚函数的实现的基本原理(图文)_C 语言的相关文章

解析C++中的虚拟函数及其静态类型和动态类型_C 语言

虚拟函数是C++语言引入的一个很重要的特性,它提供了"动态绑定"机制,正是这一机制使得继承的语义变得相对明晰. (1)基类抽象了通用的数据及操作,就数据而言,如果该数据成员在各派生类中都需要用到,那么就需要将其声明在基类中:就操作而言,如果该操作对各派生类都有意义,无论其语义是否会被修改或扩展,那么就需要将其声明在基类中. (2)有些操作,如果对于各个派生类而言,语义保持完全一致,而无需修改或扩展,那么这些操作声明为基类的非虚拟成员函数.各派生类在声明为基类的派生类时,默认继承了这些非

指向类成员函数的指针其实并非指针_C 语言

1.与常规指针不同,一个指向成员的指针并不指向一个具体的内存位置,它指向的是一个类的特定成员,而不是指向特定对象里的特定成员.通常最清晰的做法,是将指向数据成员的指针看作为一个偏移量. 这个偏移量告诉你,一个特定成员的位置距离对象的起点有多少个字节. 2.给定一个成员在类内的偏移量,为了访问位于那个偏移量的数据成员,我们需要该类的一个对象的地址.这时候就需要 .*和->*的操作.pC->*pimC,请求将pC内的地址加上pimC内的偏移量,为的是访问pC所指向的C对象中适当的数据成员.aC.*

Linux下C语言的fork()子进程函数用法及相关问题解析_C 语言

forkfork()函数是linux下的一个系统调用,它的作用是产生一个子进程,子进程是当前进程的一个副本,它跟父进程有一样的虚存内容,但也有一些不同点. 但是,值得注意的是,父进程调用fork()后,fork()返回的是生成的子进程(如果能顺利生成的话)的ID.子进程执行的起点也是代码中fork的位置,不同的是下面这段C语言代码展示了fork()函数的使用方法: // myfork.c #include <unistd.h> #include <stdio.h> int main

详解C++编程中向函数传递引用参数的用法_C 语言

引用类型的函数参数向函数传递引用而非大型对象的效率通常更高. 这使编译器能够在保持已用于访问对象的语法的同时传递对象的地址. 请考虑以下使用了 Date 结构的示例: // reference_type_function_arguments.cpp struct Date { short DayOfWeek; short Month; short Day; short Year; }; // Create a Julian date of the form DDDYYYY // from a G

C++之友元:友元函数和友元类详解_C 语言

一.友元介绍我们知道,类的成员函数可以访问同类的其他成员函数,包括公有.私有和保护成员.而类的外部函数只能访问类的公有成员. 友元是一种允许非类成员函数访问类的非公有成员的一种机制.可以把一个函数指定为类的友元,也可以把整个类指定为另一个类的友元. 友元函数友元类 二.友元函数友元函数在类作用域外定义,但它需要在类体中进行说明为了与该类的成员函数加以区别,定义的方式是在类中用关键字friend说明该函数,格式如下: friend  类型 友元函数名(参数表);友元的作用在于提高程序的运行效率 友

c文件汇编后函数参数传递的不同之处_C 语言

mac下clang编译后函数的参数先保存在寄存器中(以一定的规则保存),然后在函数中压入栈里,以待后用.例如上篇例子,红色部分: 复制代码 代码如下: .global _decToBin  _decToBin:     pushq     %rbp     movq    %rsp,%rbp      movq     %rdi,-8(%rbp) #第一个参数,保存在rdi中     movq     %rsi,-16(%rbp) #第二个参数,保存在rsi中      movq    -8(%

关于数组做函数参数的问题集合汇总_C 语言

首先是数组元素作为函数的实参,这和直接用多个变量作为函数的实参在用法上没有什么差别. 作为例子的代码: 复制代码 代码如下: #include<iostream>using namespace std;int main(){ int max(int a,int b);        int a[2],m;        a[0]=1;        a[1]=2; m=max(a[0],a[1]); cout<<m;   return 0;  }int max(int a,int

C++中函数模板的用法详细解析_C 语言

定义 我们知道函数的重载可以实现一个函数名多用,将功能相同或者类似函数用同一个名来定义.这样可以简化函数的调用形式,但是程序中,仍然需要分别定义每一个函数. C++提供的函数模板可以更加简化这个过程. 所谓函数模板实际上是建立一个通用函数,其涵涵素类型额形参类型不具体指定,用一个虚拟的类型来代表,这个通用函数就称为函数模板. 凡是函数体相同的函数都可以用这个模板来代替,不必定义多个函数,只需要在模板中定义一次即可.在调用函数时,系统会根据实参的类型来取代模板中的虚拟类型,从而实现了不同函数的功能

C++中函数的默认参数详细解析_C 语言

使用方法:(1)在函数声明或定义时,直接对参数赋值,该参数就是默认参数.(2)在函数调用时,省略部分或全部参数,这时就会使用默认参数进行代替. 注意事项:(1)一般在声明函数是设置默认参数. 如果在函数声明和定义函数时都设置了默认参数,则以函数声明的默认参数为准. 复制代码 代码如下: #include<iostream>using namespace std;int main(){ double add(double a=3.2,double b=9.6);//在函数声明时设置默认参数 co