C++入门学习——虚函数表介绍

摘要: C++入门学习——虚函数表介绍

多态

多态是指使用相同的函数名来访问函数不同的实现方法，可以简单概括为“一种接口，多种方法”。
C++支持编译时多态（也叫静态多态）和运行时多态（也叫动态多态），运算符重载和函数重载就是编译时多态，而派生类和虚函数实现运行时多态。
静态多态与动态多态的实质区别就是函数地址是早绑定还是晚绑定。如果函数的调用，在编译器编译期间就可以确定函数的调用地址，并生产代码，是静态多态（编译时多态），就是说地址是早绑定的。而如果函数调用的地址不能在编译器期间确定，需要在运行时才确定，这就属于晚绑定，是动态多态（运行时多态）。
这里，我们探究的是动态多态。
C++动态多态性是通过虚函数来实现的，虚函数允许子类（派生类）重新定义父类（基类）成员函数，而子类（派生类）重新定义父类（基类）虚函数的做法称为覆盖(override)，或者称为重写。
最常见的用法是 ：父类（基类）指针，基类指针可以指向任何子类（派生类）对象（实例），然后通过基类的指针调用实际派生类的成员函数，示例如下：

#include <iostream>using namespace std;
class Base
{
public:
void f(int x){ cout << "Base::f(int) " << x << endl; }
void f(float x){ cout << "Base::f(float) " << x << endl; }  // 必须有virtual关键字，此为虚函数  virtual void g(void){ cout << "Base::g(void)" << endl;}
};
class Derive: public Base
{
public:
// virtual关键字，可有可无，此为虚函数  virtual void g(void){ cout << "Derived::g(void)" << endl;}
};

int main(void)
{
Derive d;
Base *pb = &d;
pb->f(42);     // 运行结果: Base::f(int) 42   pb->f(3.14f);  // 运行结果: Base::f(float) 3.14   pb->g();       // 运行结果: Derived::g(void)     return 0;
}

虚函数表

C++ 中的虚函数（Virtual Function）是通过一张虚函数表（Virtual Table）来实现的，简称为V-Table。 每个含有虚函数的类有一张虚函数表，表中每一项是一个虚函数的地址， 也就是说，虚函数表的每一项是一个虚函数的指针 。 没有虚函数的C++类，是不会有虚函数表的。



下面通过一些示例简单介绍虚函数表：

#include <iostream>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(void)
{
Base b;
b.f(); //"Base::f"
b.g(); //"Base::g"
b.h(); //"Base::h"
return 0;
}

Base的实例（即对象b）的虚函数表如下：



注意：在上面这个图中，虚函数表的最后多加了一个结点，这是虚函数表的结束结点，就像字符串的结束符“\0”一样，其标志了虚函数表的结束。这个结束标志的值在不同的编译器下是不同的。

无虚函数覆盖的虚函数表

下面，再让我们来看看继承时的虚函数表是什么样的。
假设有如下所示的一个继承关系：

#include <iostream>
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
{
public:

virtual void f1() { cout << "Derive::f1" << endl; }
virtual void g1() { cout << "Derive::g1" << endl; }
virtual void h1() { cout << "Derive::h1" << endl; }
};
int main(void)
{
Derive d; //派生类对象
return 0;
}

请注意，在这个继承关系中，子类没有重载任何父类的函数。那么，在派生类的实例（Derive d）中，其虚函数表如下所示：



无虚函数覆盖的虚函数表特点如下：

1）虚函数按照其声明顺序放于表中。
2）父类（派生类）的虚函数在子类（基类）的虚函数前面。

有虚函数覆盖的虚函数表

没有覆盖父类的虚函数是毫无意义的。之所以要讲述没有覆盖的情况，主要目的是为了给一个对比。在比较之下，我们可以更加清楚地知道其内部的具体实现。

下面，我们来看一下，如果子类中有重载了父类的虚函数，会是一个什么样子？

#include <iostream>
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
{
public:
//重写父类的f()虚函数
virtual void f() { cout << "Derive::f" << endl; }
virtual void g1() { cout << "Derive::g1" << endl; }
virtual void h1() { cout << "Derive::h1" << endl; }
};
int main(void)
{
Base *p = NULL;
//父类指针
Base b;
//父类对象
Derive d;
//子类对象
p = &b;
//父类指针指向父类对象
p->f();
//运行结果："Base::f"
p = &d;
//父类指针指向子类对象
p->f();
//运行结果："Derive::f"
return 0;
}

为了让大家看到被继承过后的效果，在这个类的设计中，只覆盖了父类的一个虚函数：f()。那么，对于派生类的实例，其虚函数表会是下面的一个样子：



有虚函数覆盖的虚函数表特点如下：

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。
本例中：

Base *p = NULL; //父类指针
p = &d; //父类指针指向子类对象
p->f(); //运行结果："Derive::f"
由 p（即 &d）所指的内存中的父类虚函数表的 f() 的位置已经被实际子类Derive::f()函数地址所取代，于是在实际调用发生时，是 Derive::f() 被调用了 。这就实现了多态。

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