C++ 虚函数表图文解析

一、前言

一直以来,对虚函数的理解仅仅是,在父类中定义虚函数,子类中可以重写该虚函数,并且父类指针可以指向子类对象,调用子类的虚函数(多态)。在读研阶段经历的几个项目中,自己所写的类中并没有用到虚函数,对虚函数这个东西的强大之处并没有太多体会。最近,学了设计模式中的简单工厂模式,对多态有了具体的认识。于是,补了补多态、虚函数、虚函数表相关的知识,参考相关博客,加上自己的理解,整理了这篇博文。

二、含有虚函数类的内存模型

以下面的类为例(32位平台下):

class Father {
public:
	virtual void fun1() { cout << "Father::fun1()" << endl; }
	virtual void fun2() { cout << "Father::fun2()" << endl; }
	int i;
};

该类中含有两个虚函数和一个成员变量i,输出sizeof(Father),结果为8个字节。如果去掉virtual关键字,则结果为4个字节。也就是说,类中含有虚函数,则该类会增加4个字节,那这4个字节是什么变量所占据的呢?

答案是一个指针(我觉得应该是unsigned int*类型指针,这点不确定),在vs调试窗口中,可以看到该指针名为_vfptr,该指针称为虚函数表指针。

类的内存模型如下,_vptr指针和成员变量i各占4字节,一共8字节。另外 ,-vptr指针一定在内存模型前面。对于只有一个虚表指针的类来说,类内存模型前4个字节就是虚表指针所占空间。

三、虚函数表与虚函数表指针

上面提到_vfptr是虚函数表指针,那虚函数表是什么呢?

虚函数表其实就是一个指针数组,这个数组中存放着虚函数的地址,大概如下:

最后一个类似于字符串的结束标志位,VS编译器中为0。

这样的话,虚函数表指针就很容易理解了,这个虚函数表指针指向该虚函数表,也就是虚函数指针的值就是上述指针数组的首地址。

四、虚函数地址

函数存放在代码区,虚函数也不例外。虚函数表中存放的是虚函数地址,即代码区虚函数的入口地址。

五、多态

定义一个Father的子类Son,对虚函数fun1()进行重写。

#include<iostream>
using namespace std;
class Father {
public:
	virtual void fun1() { cout << "Father::fun1()" << endl; }
	virtual void fun2() { cout << "Father::fun2()" << endl; }
	int i;
};

class Son :public Father {
	virtual void fun1() { cout << "Son::fun1()" << endl; }

};
int main()
{
	Son son;
	Father father;
	Father *p = &father;
	p->fun1();
	p->fun2();
    p=&son;
    p->fun1();
    p->fun2();
	return 0;
}

父类中有虚函数,则子类同样会有一个虚函数指针,这个指针指向一个新表,如下图所示:

Son类重写了fun1(),未重写fun2(),那么虚函数表中,第一个地址便是重写的Son::fun1()的地址,第二个地址仍然是父类中Father::fun2()的地址。这里可以在vs调试模式下,查看father与son的虚函数表,son表中第二个元素值与father表中第二个元素值相同。

	Father *p = &father;
	p->fun1();
	p->fun2();

p指向Father对象father:

p->fun1():沿着框1->框3->框5的路径,调用Father::fun1();

p->fun2():沿着框1->框4->框6的路径,调用Father::fun2();

p=&son;
p->fun1();
p->fun2();

p指向子类对象son:

p->fun1():沿着框7->框9->框11的路径,调用Son::fun1();

p->fun2():沿着框7->框10->框6的路径,调用Father::fun2();

六、通过函数指针操作调用虚函数

现修改main函数

typedef void(*Fun)(void);
int main()
{

	Father father;
	Son son;
	printf("虚函数表地址_vfptr:%p\n", *(unsigned int*)(&father));
	printf("第一个虚函数地址e:%p\n", *(unsigned int*)*(unsigned int*)(&father));
	printf("第二个虚函数地址f:%p\n", *((unsigned int*)*(unsigned int*)(&father)+1));

	unsigned char* end = NULL;
	end = (unsigned char*)((unsigned int*)*(unsigned int*)(&father) + 2);
	printf("结束符地址d:%p\n", end);
	printf("结束符值:%d\n", *end);

	Fun pFun = NULL;
	pFun = (Fun)(*((unsigned int*)*(unsigned int*)(&father) + 1));
	pFun();

	return 0;
}

运行结果:

先看一下vs调试模式下各变量的值

将之前的图修改一下,便于理解:

红框中,father中的_vfptr为0x1270234,对应上图中的_vfptr,即虚函数表的地址;

数组[0]值为0x01261447,对应上图中的e,即Father::fun1()的地址;

数组[1]值为0x0126141a,对应上图中的f,即Father::fun2()的地址。

好了,现在来看一下程序中这些看起来很唬人的东西:

	printf("虚函数表地址_vfptr:%p\n", *(unsigned int*)(&father));
	printf("第一个虚函数地址e:%p\n", *(unsigned int*)*(unsigned int*)(&father));
	printf("第二个虚函数地址f:%p\n", *((unsigned int*)*(unsigned int*)(&father)+1));
	unsigned char* end = NULL;
	end = (unsigned char*)((unsigned int*)*(unsigned int*)(&father) + 2);

这里,直接用上图中的符号进行分析,否则,说一通xx的地址、对xx解引用等等,容易把人搞晕。

(1)虚函数表的地址*(unsigned int*)(&father)

  • a0=&father
  • a1=(unsigned int *)a0
  • _vfptr=*a1

注意,这里a0和a1的数值是一样的,但只有把地址a0强制转换成(unsigned int *)类型,解引用时系统才会从该地址向后解析4个字节空间,解析成一个unsinged int类型数据。

(2)第一个虚函数地址*(unsigned int*)*(unsigned int*)(&father)

  • b=(unsigned int*)_vfptr
  • e=*b

(3)第二个虚函数地址*((unsigned int*)*(unsigned int*)(&father)+1)

  • c=b+1
  • f=*c

(4)结束符地址(unsigned char*)((unsigned int*)*(unsigned int*)(&father) + 2)

  • 未强制转换的d=b+2
  • 强制转换的d=(unsigned char*)(b+2)

(5)通过函数指针调用虚函数

	Fun pFun = NULL;
	pFun = (Fun)(*((unsigned int*)*(unsigned int*)(&father) + 1));
	pFun();

七、结语

这篇博文包含许多自己理解的内容,并在此基础上画了图解,如果有误,还请指正。

八、参考

C++ 虚函数表解析

虚函数表详解

C++ 虚函数详解(虚函数表、vfptr)

到此这篇关于C++ 虚函数表图文解析的文章就介绍到这了,更多相关C++ 虚函数表内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们!

(0)

相关推荐

  • C++11模板元编程-std::enable_if示例详解

    C++11中引入了std::enable_if函数,函数原型如下: template< bool B, class T = void > struct enable_if; 可能的函数实现: template<bool B, class T = void> struct enable_if {}; template<class T> struct enable_if<true, T> { typedef T type; }; 由上可知,只有当第一个模板参数为

  • C++中的多态详谈

    1. 多态概念 1.1 概念 多态的概念:通俗来说,就是多种形态,具体点就是去完成某个行为,当不同的对象去完成时会产生出不同的状态. 举个栗子:比如买票,当普通人买票时,是全价买票:学生买票时,是半价买票:军人买票时是优先买票.同一个事情针对不同的人或情况有不同的结果或形态. 2. 多态的定义及实现 2.1 多态的构成条件 多态是在不同继承关系的类对象,去调用同一函数,产生了不同的行为.比如Student继承了Person. Person对象买票全价,Student对象买票半价. 注意:那么在继

  • c++ 内联函数和普通函数的区别

    前言 内联函数是c++为了提高程序的运行速度做的改进,它与普通函数区别在于: 编译器如何将它们组合到程序中.所以我们需要深入到程序内部. 我们的最终的可执行程序由 一组机器指令组成.程序运行时,计算机逐步执行指令. Ⅰ.常规函数 常规函数调用时会使程序跳到另一个地址(函数的地址),并且在函数结束时返回. 执行函数调用指令,立即存储该指令的地址,并将函数参数保存到的堆栈. 跳到函数起点的内存单元,执行函数代码(将返回值保存到寄存器中. 跳回被保存指令的地址处. 这一过程和系统中的中断很类似.来回跳

  • C++多线程实现TCP服务器端同时和多个客户端通信

    通讯建立后首先由服务器端发送消息,客户端接收消息:接着客户端发送消息,服务器端接收消息,实现交互发送消息. 服务器同时可以和多个客户端建立连接,进行交互: 在某次交互中,服务器端或某客户端有一方发送"end"即终止服务器与其的通信:服务器还可以继续接收其他客户端的请求,与其他客户端通信. 服务器端 #include <WinSock2.h> #include <WS2tcpip.h> #include <iostream> using namespa

  • C++中NULL与nullptr的区别对比

    前言 在编写C程序的时候只看到过NULL,而在C++的编程中,我们可以看到NULL和nullptr两种关键字,其实nullptr是C++11版本中新加入的,它的出现是为了解决NULL表示空指针在C++中具有二义性的问题,为了弄明白这个问题,我查找了一些资料,总结如下. 一.C程序中的NULL 在C语言中,NULL通常被定义为:#define NULL ((void *)0) 所以说NULL实际上是一个空指针,如果在C语言中写入以下代码,编译是没有问题的,因为在C语言中把空指针赋给int和char

  • C++模板元编程实现选择排序

    前言 模板在C++一直是比较神秘的存在. STL 和 Boost 中都有大量运用模板,但是对于普通的程序员来说,模板仅限于使用.在一般的编程中,很少会有需要自己定义模板的情况.但是作为一个有理想的程序员,模板是一个绕不过去的坎.由于C++标准的不断改进,模板的能力越来越强,使用范围也越来越广. 在C++11中,模板增加了 constexpr ,可变模板参数,回返类型后置的函数声明扩展了模板的能力:增加了外部模板加快了模板的编译速度:模板参数的缺省值,角括号和模板别名使模板的定义和使用变得更加的简

  • 详解C++元编程之Parser Combinator

    引子 前不久在CppCon上看到一个Talk:[constexpr All the things](https://www.youtube.com/watch?v=PJwd4JLYJJY),这个演讲技术令我非常震惊,在编译期解析json字符串,进而提出了编译期构造正则表达式(编译期构建FSM),现场掌声一片,而背后依靠的是C++强大的constexpr特性,从而大大提高了编译期计算威力. 早在C++11的时候就有constexpr特性,那时候约束比较多,只能有一条return语句,能做的事情只有

  • 浅谈C++模板元编程

    所谓元编程就是编写直接生成或操纵程序的程序,C++ 模板给 C++ 语言提供了元编程的能力,模板使 C++ 编程变得异常灵活,能实现很多高级动态语言才有的特性(语法上可能比较丑陋,一些历史原因见下文).模板元编程的根在模板.模板的使命很简单:为自动代码生成提供方便.提高程序员生产率的一个非常有效的方法就是"代码复用",而面向对象很重要的一个贡献就是通过内部紧耦合和外部松耦合将"思想"转化成一个一个容易复用的"概念".但是面向对象提供的工具箱里面所

  • C++ 虚函数表图文解析

    一.前言 一直以来,对虚函数的理解仅仅是,在父类中定义虚函数,子类中可以重写该虚函数,并且父类指针可以指向子类对象,调用子类的虚函数(多态).在读研阶段经历的几个项目中,自己所写的类中并没有用到虚函数,对虚函数这个东西的强大之处并没有太多体会.最近,学了设计模式中的简单工厂模式,对多态有了具体的认识.于是,补了补多态.虚函数.虚函数表相关的知识,参考相关博客,加上自己的理解,整理了这篇博文. 二.含有虚函数类的内存模型 以下面的类为例(32位平台下): class Father { public

  • C++虚函数表的原理与使用解析

    目录 前言 1.虚函数表 2.一般继承(无虚函数覆盖) 3.一般继承(有虚函数覆盖) 4.多重继承(无虚函数覆盖) 5.多重继承(有虚函数覆盖) 6.安全性 6.1 通过父类型的指针访问子类自己的虚函数 6.2 访问non-public的虚函数 7.结束语 7.1 VC中查看虚函数表 7.2 例程 前言 C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制.关于多态,简而言之就是用父类型别的指针指向其子类的实例,然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数.这种技术可以让父类的指针有“多种形态”,这是一种泛

  • 虚函数表-C++多态的实现原理解析

    参考:http://c.biancheng.net/view/267.html 1.说明 我们都知道多态指的是父类的指针在运行中指向子类,那么它的实现原理是什么呢?答案是虚函数表 在 关于virtual 一文中,我们详细了解了C++多态的使用方式,我们知道没有 virtual 关键子就没法使用多态 2.虚函数表 我们看一下下面的代码 class A { public: int i; virtual void func() { cout << "A func" <<

  • C++虚函数及虚函数表简析

    C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制.关于多态,简而言之就是用父类型别的指针指向其子类的实例,然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数.这种技术可以让父类的指针有"多种形态",这是一种泛型技术.所谓泛型技术,说白了就是试图使用不变的代码来实现可变的算法.比如:模板技术,RTTI技术,虚函数技术,要么是试图做到在编译时决议,要么试图做到运行时决议. 关于虚函数的使用方法,我在这里不做过多的阐述.大家可以看看相关的C++的书籍.在这篇文章中,我只想从虚函数的实现机制上面为大家 一个

  • C++ 类中有虚函数(虚函数表)时 内存分布详解

    虚函数表 对C++ 了解的人都应该知道虚函数(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. 这里我们着重看一下这张虚函数表.C++的编译器应该是

  • C++对象内存分布详解(包括字节对齐和虚函数表)

    1.C++对象的内存分布和虚函数表: C++对象的内存分布和虚函数表注意,对象中保存的是虚函数表指针,而不是虚函数表,虚函数表在编译阶段就已经生成,同类的不同对象中的虚函数指针指向同一个虚函数表,不同类对象的虚函数指针指向不同虚函数表. 2.何时进行动态绑定: (1)每个类对象在被构造时不用去关心是否有其他类从自己派生,也不需要关心自己是否从其他类派生,只要按照一个统一的流程:在自身的构造函数执行之前把自己所属类(即当前构造函数所属的类)的虚函数表的地址绑定到当前对象上(一般是保存在对象内存空间

  • C++ COM编程之接口背后的虚函数表

    前言 学习C++的人,肯定都知道多态机制:多态就是用父类型别的指针指向其子类的实例,然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数.对于多态机制是如何实现的,你有没有想过呢?而COM中的接口就将这一机制运用到了极致,所以,不知道多态机制的人,是永运无法明白COM的.所以,在总结COM时,是非常有必要专门总结一下C++的多态机制是如何实现的. 多态 什么是多态?上面也说了,多态就是用父类型别的指针指向其子类的实例,然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数.现在通过代码,让大家切身的体会一下多态: 复制代

  • 浅谈C++对象的内存分布和虚函数表

    c++中一个类中无非有四种成员:静态数据成员和非静态数据成员,静态函数和非静态函数. 1.非静态数据成员被放在每一个对象体内作为对象专有的数据成员. 2.静态数据成员被提取出来放在程序的静态数据区内,为该类所有对象共享,因此只存在一份. 3.静态和非静态成员函数最终都被提取出来放在程序的代码段中并为该类所有对象共享,因此每一个成员函数也只能存在一份代码实体.在c++中类的成员函数都是保存在静态存储区中的 ,那静态函数也是保存在静态存储区中的,他们都是在类中保存同一个惫份. 因此,构成对象本身的只

  • C++ 中的虚函数表及虚函数执行原理详解

    为了实现虚函数,C++ 使用了虚函数表来达到延迟绑定的目的.虚函数表在动态/延迟绑定行为中用于查询调用的函数. 尽管要描述清楚虚函数表的机制会多费点口舌,但其实其本身还是比较简单的. 首先,每个包含虚函数的类(或者继承自的类包含了虚函数)都有一个自己的虚函数表.这个表是一个在编译时确定的静态数组.虚函数表包含了指向每个虚函数的函数指针以供类对象调用. 其次,编译器还在基类中定义了一个隐藏指针,我们称为 *__vptr,*__vptr 是在类实例创建时自动设置的,以指向类的虚函数表.*__vptr

  • 聊一聊C++虚函数表的问题

    之前只是看过C++虚函数表相关介绍,今天有空就来写代码研究一下. 面向对象的编程语言有3大特性:封装.继承和多态.C++是面向对象的语言(与C语言主要区别),所以C++也拥有多态的特性. C++中多态分为两种:静态多态和动态多态. 静态多态为编译器在编译期间就可以根据函数名和参数等信息确定调用某个函数.静态多态主要体现为函数重载和运算符重载. 函数重载即类中定义多个同名成员函数,函数参数类型.参数个数和返回值不完全相同,编译器编译后这些同名函数的函数名会不一样,也就是说编译期间就确定了调用某个函

随机推荐