C++ 虛函數(shù)表分析

上文在C++對(duì)象模型中,提到了vptl和vptr。寫這篇文章即是在代碼驗(yàn)證這二者。Talk is cheap。
平臺(tái):Win7 x64,編譯:dev Cpp。

非繼承下的vptr和vptl
#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
    public:
        Base(int i) : baseInt(i)  {  }
        ~Base() {   cout << "Base::~Base()" << endl;    }

        virtual void Base_virtual_func1()  { 
            cout << "Base::Base_virtual_func1" << endl; 
        }   
        virtual void Base_virtual_func2()  { 
            cout << "Base::Base_virtual_func2" << endl; 
        }
    
    private:
        int baseInt;
};

typedef void (*Fun)();

void test1()
{
    Base base(1000);
    cout << "對(duì)象起始地址:" << &base << endl;
    cout << "虛函數(shù)表的首地址: " << (int*)*(int*)(&base) << endl;
    
    cout << "虛函數(shù)1的地址: " <<  (int*)*(int*)(&base) << " ";
    Fun ptr1 = (Fun)*(int*)*(int*)(&base);
    ptr1();

    cout << "虛函數(shù)2的地址: " <<  (int*)*(int*)(&base) + 2<< " ";
    Fun ptr2 = (Fun)*((int*)*(int*)(&base) + 2);
    ptr2();

    cout << "---------------" << endl;
}

int main()
{
    test1();
}

輸出結(jié)果:

1.jpg

從結(jié)果可以看出:Vptr 是放在對(duì)象起始地址。關(guān)系如圖:

1.jpg
單繼承下的vptr和vptl
#include <iostream>
using namespace std;

typedef void (*Fun)();

class Base
{
    public:
        Base(int i) : baseInt(i)    {   }
        ~Base() {   cout << "Base::~Base()" << endl;    }
    
        virtual void virtual_func() { 
            cout << "Base::virtual_func" << endl; 
        }
        virtual void Base_virtual_func()    { 
            cout << "Base::Base_virtual_func" << endl; 
        }
    private:
        int baseInt;
};

class Derive : public Base
{
    public:
        Derive(int d): Base(1000), DeriveInt(d) {   }
        ~Derive()   {   cout << "Derive::~Derive()" << endl;    }
        
        void virtual_func() override  {     
            cout << "Drive::virtual_func()" << endl;    
        }
        virtual void Drive_virtual_func()   {   
            cout << "Drive::Drive_virtual_func" << endl; 
        }   
    private:
        int DeriveInt;  
};

void test2()
{
    Derive derive(2000);
    
    cout << "對(duì)象起始地址:" << &derive << endl;
    cout << "虛函數(shù)表首地址:" <<  (int*)*(int*)(&derive) << endl;
    
    cout << "虛函數(shù)1的地址:" <<  (int*)*(int*)(&derive) << " ";
    Fun ptr1 = (Fun)*(int*)*(int*)(&derive);
    ptr1();
    
    cout << "虛函數(shù)2的地址:" <<  (int*)*(int*)(&derive) + 2 << " ";
    Fun ptr2 = (Fun)*((int*)*(int*)(&derive) + 2);
    ptr2();
    
    cout << "虛函數(shù)3的地址:" <<  (int*)*(int*)(&derive) + 4 << " ";
    Fun ptr3 = (Fun)*((int*)*(int*)(&derive) + 4);
    ptr3();
    
    cout << endl << "----------------------" << endl;
}

int main()
{
    test2();
}

輸出結(jié)果:

2.jpg

從結(jié)果來看,virtual function一共有3種可能:

  • 繼承base class的virtual function函數(shù)實(shí)例。
  • 可以使用覆蓋掉base class的virtual function。
  • 它可以加一個(gè)新的virtual fucntion。這時(shí)候virtual table的尺寸會(huì)增加一個(gè)新的slot,新的函數(shù)實(shí)例地址會(huì)放在其中。

如圖所示:

3.jpg
多繼承下的vptr和vptl

子類不覆蓋父類的虛函數(shù)

#include <iostream>
using namespace std;

typedef void(*Fun)();

class Base1{
    public:
        virtual void f()    {   cout << "Base1::f" << endl; }
        virtual void g()    {   cout << "Base1::g" << endl; }
};

class Base2{
    public:
        virtual void f()    {   cout << "Base2::f" << endl; }
        virtual void g()    {   cout << "Base2::g" << endl; }
}; 

class Base3{
    public:
        virtual void f()    {   cout << "Base3::f" << endl; }
        virtual void g()    {   cout << "Base3::g" << endl; }
};


class Derive : public Base1, public Base2, Base3{
    public:
        virtual void a()    {   cout << "Derive::a" << endl;    }
        virtual void b()    {   cout << "Derive::b" << endl;    }
};

void v_table_test4()
{
    Derive  d;

    Fun func_ptr1 = nullptr;
    Fun func_ptr2 = nullptr;

    Fun func_ptr4 = nullptr;
    Fun func_ptr5 = nullptr;

    Fun func_ptr7 = nullptr;
    Fun func_ptr8 = nullptr;

    Fun func_ptr10 = nullptr;
    Fun func_ptr11 = nullptr;
    
    cout << "對(duì)象起始地址: " << (int*)(&d) << endl;
    
    cout << "第1個(gè)vptr地址:" << (int*)(&d) << endl;
    cout << "第1個(gè)虛函數(shù)表首地址: " << (int*)*(int*)(&d) << endl;

    func_ptr1 = (Fun)*( (int*)*(int*)(&d));
    func_ptr2 = (Fun)*( (int*)*(int*)(&d) + 2);
    func_ptr4 = (Fun)*( (int*)*(int*)(&d) + 4);
    func_ptr5 = (Fun)*( (int*)*(int*)(&d) + 6);
    
    func_ptr1();
    func_ptr2();
    func_ptr4();
    func_ptr5();
    cout << "----------------" << endl;
    
    cout << "第2個(gè)vptr地址:" << (int*)(&d) + 2 << endl;
    cout << "第2個(gè)(vptr->vptl)虛函數(shù)表首地址: " << (int*)*( (int*)(&d) + 2) << endl;
    
    func_ptr7 = (Fun)*( (int*)*( (int*)(&d) + 2));
    func_ptr8 = (Fun)*( ((int*)*( (int*)(&d) + 2)) + 2);
    
    func_ptr7();
    func_ptr8();
    cout << "----------------" << endl;
    
    cout << "第3個(gè)vptr地址:" << (int*)(&d) + 4 << endl;
    cout << "第3個(gè)(vptr->vptl)虛函數(shù)表首地址: " << (int*)*( (int*)(&d) + 4) << endl;

    func_ptr10 = (Fun)*( (int*)*( (int*)(&d) + 4));;
    func_ptr11 = (Fun)*( ((int*)*( (int*)(&d) + 4)) + 2);

    func_ptr10();
    func_ptr11();   
}

int main()
{
    v_table_test4();
}

輸出結(jié)果:


4.jpg

從結(jié)果看來,對(duì)于子類不覆蓋父類的虛函數(shù)的多繼承,子類有多個(gè)vptr和多個(gè)vptl,每一個(gè)vptr指向一個(gè)vptl,子類自己的虛函數(shù)在第一個(gè)vptl里面,
如圖所示:

5.jpg

子類覆蓋自己的虛函數(shù)
這個(gè)類似單繼承下的vptr和vptl的,只是替換相應(yīng)的函數(shù)地址。

多重繼承和虛繼承

比較復(fù)雜,暫時(shí)還不會(huì)。

最后編輯于
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