前言

使用過(guò)Java的同學(xué)應(yīng)該特別熟悉多態(tài)，即耳熟能詳?shù)囊痪湓挘?strong>可以使用父類引用來(lái)指向子類對(duì)象，而實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常容易，只需要重寫(xiě)父類的方法或者實(shí)現(xiàn)接口的方法即可：

//Java代碼

class Parent {
    void show() {
        System.out.println("Inside Parent");
    }
}

class Child extends Parent {
    void show() {
        System.out.println("Inside Child");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Parent obj = new Child();
        obj.show(); // 調(diào)用的是子類的 show() 方法
    }
}

在Java中，這里是使用父類Parent的引用obj，指向了子類對(duì)象，然后調(diào)用的是子類的show()方法。

但是在C++中，如果按同樣類似的寫(xiě)法，卻得到的結(jié)果不一樣：

//C++代碼

#include <iostream>

class Parent {
public:
    void show() {
        std::cout << "Inside Parent" << std::endl;
    }
};

class Child : public Parent {
public:
    void show() {
        std::cout << "Inside Child" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Parent* obj = new Child();
    obj->show(); // 調(diào)用的是父類的 show() 方法
    delete obj;
    return 0;
}

在C++中，這里使用父類的指針，指向子類對(duì)象，但是最終調(diào)用的是父類的show()方法。那如何實(shí)現(xiàn)像Java那種效果呢？就需要使用虛函數(shù)，本篇文章深入探究虛函數(shù)以及虛函數(shù)的原理--虛函數(shù)表(后面簡(jiǎn)稱虛表)的相關(guān)知識(shí)。

正文

關(guān)于虛函數(shù)的使用，以及純虛函數(shù)定義接口等，這些基礎(chǔ)知識(shí)，暫時(shí)就不詳細(xì)說(shuō)明了，重點(diǎn)關(guān)注虛表。

虛表是屬于類

虛表是函數(shù)指針類型的數(shù)組，指向該類定義的虛函數(shù)。

在C++中，只要一個(gè)類包含了一個(gè)虛函數(shù)，那么就有由一個(gè)虛表來(lái)維護(hù)。虛表是屬于類的，而非屬于某個(gè)對(duì)象，一個(gè)類只需要一個(gè)虛表，所以該類對(duì)象共用一個(gè)虛表。

當(dāng)類B繼承至類A，繼承類也可以調(diào)用A的函數(shù)，如果A是一個(gè)包含虛表的基類，那么繼承類B也擁有自己的虛表。

理解類的虛表非常重要，比如有代碼：

class A {
public:
    A();
    virtual void vfunc1() { qDebug() << "A vfunc1()"; }
    virtual void vfunc2() { qDebug() << "A vfunc2()"; }
    void func1() { qDebug() << "A func1()"; }
    void func2() { qDebug() << "A func2()"; }

private:
    int m_data1, m_data2;
};

那么類A的虛表如圖：

虛表是一個(gè)指針數(shù)組，其元素是虛函數(shù)的指針，每個(gè)元素對(duì)應(yīng)一個(gè)虛函數(shù)的函數(shù)指針。非虛函數(shù)的函數(shù)，調(diào)用不需要虛表，所以虛表中不會(huì)保存。虛表的創(chuàng)建在編譯時(shí)期，即在編譯時(shí)期，屬于一個(gè)類的虛表就構(gòu)造出來(lái)了。

對(duì)象的虛表指針

我們使用IDE調(diào)試模式，來(lái)看一下類A的對(duì)象包含哪些東西：

可以發(fā)現(xiàn)除了其數(shù)據(jù)成員外，還有一個(gè)__vptr指針，這個(gè)指針是虛表指針，指向類的虛表。為了指定對(duì)象的虛表，編譯器在類中添加了__vptr指針，專門(mén)用來(lái)指向虛表。

這里可以知道，同一個(gè)類的多個(gè)對(duì)象，其虛表指針?biāo)赶虻奶摫硎且粯拥模?/p>

效果如圖：

動(dòng)態(tài)綁定

重點(diǎn)來(lái)了，C++是如何通過(guò)虛表實(shí)現(xiàn)多態(tài)的，即動(dòng)態(tài)綁定，有如下3個(gè)類：

class A {
public:
    A();
    virtual void vfunc1() { qDebug() << "A vfunc1()"; }
    virtual void vfunc2() { qDebug() << "A vfunc2()"; }
    void func1() { qDebug() << "A func1()"; }
    void func2() { qDebug() << "A func2()"; }

private:
    int m_data1, m_data2;
};

class B : public A {
public:
    B();
    virtual void vfunc1() { qDebug() << "B vfunc1()"; }
    void func1() { qDebug() << "B func1()"; }

private:
    int m_data3;
};

class C : public B {
public:
    C();
    virtual void vfunc2() { qDebug() << "c vfunc2()"; }
    void func2() { qDebug() << "C func2()"; }

private:
        int m_data1, m_data4;
};

記住：虛表是屬于類的，上面代碼的虛表通過(guò)IDE調(diào)試模式如下：

虛表關(guān)系如圖：

我們來(lái)仔細(xì)分析：

1. 類A包含2個(gè)虛函數(shù)，所以A的虛表元素是2個(gè)。

2. 類B繼承至A，但是重寫(xiě)了虛函數(shù)，對(duì)于重寫(xiě)的虛函數(shù)，會(huì)增加新的地址來(lái)保存新的函數(shù)指針。所以對(duì)于類B的虛表，有一個(gè)是繼承至A，即A::vfunc2*()，還有一個(gè)是新的函數(shù)，即B::vfunc1()。

3. 而對(duì)于C來(lái)說(shuō)，它繼承至B，但是重寫(xiě)了虛函數(shù)，所以會(huì)多出一個(gè)C::vfunc2()，那么另一個(gè)虛函數(shù)指針是執(zhí)行類B的vfunc1()還是類A的vfunc1()呢？

   這里會(huì)指向B::vfunc1()，規(guī)律非常簡(jiǎn)單：對(duì)象的虛表指針用來(lái)指向類的虛表，虛表中的指針會(huì)指向其繼承的最近的一個(gè)類的虛函數(shù)，所以C的虛表先是指向B的虛表，然后由于重寫(xiě)虛函數(shù)的原因，會(huì)修改其中一個(gè)指針的值。

基類指針指向子類對(duì)象

搞明白上面的繼承關(guān)系后，多態(tài)就非常容易理解了，比如下面代碼：

B b;
A *p = &b;
p->vfunc1();

這里使用p來(lái)調(diào)用vfunc1()，最終會(huì)調(diào)用類B中的虛函數(shù)，過(guò)程分析如下：

1. 程序執(zhí)行p->vfunc1()時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)p是一個(gè)指針，而且調(diào)用的是虛函數(shù)。
2. 根據(jù)虛表指針p->__vptr來(lái)訪問(wèn)對(duì)象b對(duì)應(yīng)的虛表。雖然指針p是基類A的類型，但是__vptr也是基類的一部分，是編譯器加的，所以p->__ptr可以訪問(wèn)對(duì)象的虛表。
3. 在虛表中查找調(diào)用的函數(shù)，由于虛表是在編譯時(shí)就確定，所以p->vfunc1()根據(jù)上面的圖可知會(huì)調(diào)用B的虛函數(shù)，即重寫(xiě)的虛函數(shù)B::vfunc1()。

這個(gè)過(guò)程就是動(dòng)態(tài)綁定來(lái)實(shí)現(xiàn)的多態(tài)，非常容易理解。

總結(jié)

什么情況下會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)綁定呢？有如下幾個(gè)條件：

1. 通過(guò)指針調(diào)用函數(shù)。
2. 指針upcast向上轉(zhuǎn)型，比如繼承類向基類的轉(zhuǎn)換。
3. 調(diào)用的是虛函數(shù)。

到此這篇關(guān)于C++虛函數(shù)表的使用小結(jié)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++虛函數(shù)表內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！