浅谈C++中虚函数实现原理揭秘

2024-12-16 06:25:32

编译器到底做了什么实现的虚函数的晚绑定呢？我们来探个究竟。

编译器对每个包含虚函数的类创建一个表（称为V TA B L E）。在V TA B L E中，编译器放置特定类的虚函数地址。在每个带有虚函数的类中，编译器秘密地置一指针，称为v p o i n t e r（缩写为V P T R），指向这个对象的V TA B L E。通过基类指针做虚函数调用时（也就是做多态调用时），编译器静态地插入取得这个V P T R，并在V TA B L E表中查找函数地址的代码，这样就能调用正确的函数使晚捆绑发生。为每个类设置V TA B L E、初始化V P T R、为虚函数调用插入代码，所有这些都是自动发生的，所以我们不必担心这些。利用虚函数，这个对象的合适的函数就能被调用，哪怕在编译器还不知道这个对象的特定类型的情况下。（《C++编程思想》）

在任何类中不存在显示的类型信息，可对象中必须存放类信息，否则类型不可能在运行时建立。那这个类信息是什么呢？

我们来看下面几个类：

class no_virtual

{
public:
  void fun1() const{}
  int fun2() const { return a; }
private:
  int a;
} class one_virtual
{
public:
  virtual void fun1() const{}
  int fun2() const { return a; }
private:
  int a;
} class two_virtual
{
public:
  virtual void fun1() const{}
  virtual int fun2() const { return a; }
private:
  int a;
}

以上三个类中：

no_virtual没有虚函数，sizeof(no_virtual)=4，

类no_virtual的长度就是其成员变量整型a的长度；

one_virtual有一个虚函数，sizeof(one_virtual)=8；

two_virtual 有两个虚函数，sizeof(two_virtual)=8；

有一个虚函数和两个虚函数的类的长度没有区别，其实它们的长度就是no_virtual的长度加一个void指针的长度，它反映出，如果有一个或多个虚函数，编译器在这个结构中插入一个指针（ V P T R）。在one_virtual 和 two_virtual之间没有区别。这是因为V P T R指向一个存放地址的表，只需要一个指针，因为所有虚函数地址都包含在这个表中。这个VPTR就可以看作类的类型信息。

那我们来看看编译器是怎么建立VPTR指向的这个虚函数表的。先看下面两个类：

class base
{
public:
  void bfun(){}
  virtual void vfun1(){}
  virtual int vfun2(){}
private:
  int a;
} class derived : public base
{
public:
  void dfun(){}
  virtual void vfun1(){}
  virtual int vfun3(){}
private:
  int b;
}

两个类VPTR指向的虚函数表（VTABLE）分别如下：

base类

      ——————
VPTR——> |&base::vfun1 |
      ——————
     |&base::vfun2 |
     ——————

derived类

      ———————
VPTR——> |&derived::vfun1 |
      ———————
     |&base::vfun2 |
     ———————
     |&derived::vfun3 |
     ———————

每当创建一个包含有虚函数的类或从包含有虚函数的类派生一个类时，编译器就为这个类创建一个VTABLE，如上图所示。在这个表中，编译器放置了在这个类中或在它的基类中所有已声明为virtual的函数的地址。如果在这个派生类中没有对在基类中声明为virtual的函数进行重新定义，编译器就使用基类的这个虚函数地址。（在derived的VTABLE中，vfun2的入口就是这种情况。）然后编译器在这个类中放置VPTR。当使用简单继承时，对于每个对象只有一个VPTR。VPTR必须被初始化为指向相应的VTABLE，这在构造函数中发生。

一旦VPTR被初始化为指向相应的VTABLE，对象就"知道"它自己是什么类型。但只有当虚函数被调用时这种自我认知才有用。

个人总结如下：

1、从包含虚函数的类派生一个类时，编译器就为该类创建一个VTABLE。其每一个表项是该类的虚函数地址。

2、在定义该派生类对象时，先调用其基类的构造函数，然后再初始化VPTR，最后再调用派生类的构造函数（从二进制的视野来看，所谓基类子类是一个大结构体，其中this指针开头的四个字节存放虚函数表头指针。执行子类的构造函数的时候，首先调用基类构造函数，this指针作为参数，在基类构造函数中填入基类的vptr，然后回到子类的构造函数，填入子类的vptr，覆盖基类填入的vptr。如此以来完成vptr的初始化。）

3、在实现动态绑定时，不能直接采用类对象，而一定要采用指针或者引用。因为采用类对象传值方式，有临时基类对象的产生，而采用指针，则是通过指针来访问外部的派生类对象的VPTR来达到访问派生类虚函数的结果。

VPTR 常常位于对象的开头，编译器能很容易地取到VPTR的值，从而确定VTABLE的位置。VPTR总指向VTABLE的开始地址，所有基类和它的子类的虚函数地址（子类自己定义的虚函数除外）在VTABLE中存储的位置总是相同的，如上面base类和derived类的VTABLE中vfun1和vfun2 的地址总是按相同的顺序存储。编译器知道vfun1位于VPTR处，vfun2位于VPTR+1处，因此在用基类指针调用虚函数时，编译器首先获取指针指向对象的类型信息（VPTR），然后就去调用虚函数。如一个base类指针pBase指向了一个derived对象，那pBase->vfun2 ()被编译器翻译为 VPTR+1 的调用，因为虚函数vfun2的地址在VTABLE中位于索引为1的位置上。同理，pBase->vfun3 ()被编译器翻译为 VPTR+2的调用。这就是所谓的晚绑定。

以上这篇浅谈C++中虚函数实现原理揭秘就是小编分享给大家的全部内容了，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持我们。

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++ 虚函数的详解及简单实例

C++ 虚函数的详解虚函数的使用和纯虚函数的使用. 虚函数是在基类定义,然后子类重写这个函数后,基类的指针指向子类的对象,可以调用这个函数,这个函数同时保留这子类重写的功能. 纯虚函数是可以不用在基类定义,只需要声明就可以了,然后因为是纯虚函数,是不能产生基类的对象,但是可以产生基类的指针. 纯虚函数和虚函数最主要的区别在于,纯虚函数所在的基类是不能产生对象的,而虚函数的基类是可以产生对象的. // pointers to base class #include <iostream> usi
C/C++杂记虚函数的实现的基本原理(图文)

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,
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
探讨C++中不能声明为虚函数的有哪些函数

常见的不不能声明为虚函数的有:普通函数(非成员函数):静态成员函数:内联成员函数:构造函数:友元函数. 1．为什么C++不支持普通函数为虚函数? 普通函数(非成员函数)只能被overload,不能被override,声明为虚函数也没有什么意思,因此编译器会在编译时邦定函数. 多态的运行期行为体现在虚函数上,虚函数通过继承方式来体现出多态作用,顶层函数不属于成员函数,是不能被继承的 2．为什么C++不支持构造函数为虚函数? 这个原因很简单,主要是从语义上考虑,所以不支持.因为构造函数本来就是为了
C++之普通成员函数、虚函数以及纯虚函数的区别与用法要点

普通成员函数是静态编译的,没有运行时多态,只会根据指针或引用的"字面值"类对象,调用自己的普通函数:虚函数为了重载和多态的需要,在基类中定义的,即便定义为空:纯虚函数是在基类中声明的虚函数,它可以再基类中有定义,且派生类必须定义自己的实现方法. 假设我们有三个类Person.Teacher.Student它们之间的关系如下: 类的关系图普通成员函数 [Demo1] 根据这个类图,我们有下面的代码实现 #ifndef __OBJEDT_H__ #define __OBJEDT_H__
C++中的多态与虚函数的内部实现方法

1.什么是多态多态性可以简单概括为"一个接口,多种行为". 也就是说,向不同的对象发送同一个消息, 不同的对象在接收时会产生不同的行为(即方法).也就是说,每个对象可以用自己的方式去响应共同的消息.所谓消息,就是调用函数,不同的行为就是指不同的实现,即执行不同的函数.这是一种泛型技术,即用相同的代码实现不同的动作.这体现了面向对象编程的优越性. 多态分为两种: (1)编译时多态:主要通过函数的重载和模板来实现. (2)运行时多态:主要通过虚函数来实现. 2.几个相关概念 (1)覆盖.
浅谈C++基类的析构函数为虚函数

1.原因: 在实现多态时, 当用基类指针操作派生类, 在析构时候防止只析构基类而不析构派生类. 2.例子: (1). #include<iostream> using namespace std; class Base{ public: Base() {}; ~Base() {cout << "Output from the destructor of class Base!" << endl;}; void DoSomething() { cout
c++中虚函数的实现详解

前言 c++ 分为编译时多态和运行时多态.运行时多态依赖于虚函数,大部分人或许听说过虚函数是由虚函数表+虚函数指针实现的,但,真的是这样吗?虽然 c++ 规范有着复杂的语言细节,但底层实现机制却任由编译器厂商想象.(没准某种特殊的处理器电路结构原生支持虚函数,没准这个处理器压根不是冯纽曼型,或者将来厂商发明了比虚函数表更有效率的数据结构.) 虚函数表封装把实例的数据和操作结合在了一起,但实例本身只有数据,没有函数,同一个类的函数是共享的.我们通过一个例子来间接证明这一点 class Base1
浅谈C++中虚函数实现原理揭秘

编译器到底做了什么实现的虚函数的晚绑定呢?我们来探个究竟. 编译器对每个包含虚函数的类创建一个表(称为V TA B L E).在V TA B L E中,编译器放置特定类的虚函数地址.在每个带有虚函数的类中,编译器秘密地置一指针,称为v p o i n t e r(缩写为V P T R),指向这个对象的V TA B L E.通过基类指针做虚函数调用时(也就是做多态调用时),编译器静态地插入取得这个V P T R,并在V TA B L E表中查找函数地址的代码,这样就能调用正确的函数使晚捆绑发生
浅谈javascript中new操作符的原理

javascript中的new是一个语法糖,对于学过c++,java 和c#等面向对象语言的人来说,以为js里面是有类和对象的区别的,实现上js并没有类,一切皆对象,比java还来的彻底 new的过程实际上是创建一个新对象,把新象的原型设置为构造器函数的原型,在使用new的过程中,一共有3个对象参与了协作,构造器函数是第一个对象,原型对象是二个,新生成了一个空对象是第三个对象,最终返回的是一个空对象,但这个空对象不是真空的,而是已经含有原型的引用(__proto__) 步骤如下: (1) 创建一
浅谈Javascript中的函数、this以及原型

关于函数在Javascript中函数实际上就是一个对象,具有引用类型的特征,所以你可以将函数直接传递给变量,这个变量将表示指向函数"对象"的指针,例如: function test(message){ alert(message); } var f = test; f('hello world'); 你也可以直接将函数申明赋值给变量: var f = function(message){ alert(message); }; f('hello world'); 在这种情况下,函数申明
浅谈js中test()函数在正则中的使用

test() 方法用于检测一个字符串是否匹配某个模式. 返回一个 Boolean 值,它指出在被查找的字符串中是否匹配给出的正则表达式. regexp.test(str) 参数 regexp 必选项.包含正则表达式模式或可用标志的正则表达式对象. str 必选项.要在其上测试查找的字符串. 说明 test 方法检查字符串是否与给出的正则表达式模式相匹配,如果是则返回 true,否则就返回 false. 每个正则表达式都有一个 lastIndex 属性,用于记录上一次匹配结束的位置. var
浅谈MySQL中group_concat()函数的排序方法

group_concat()函数的参数是可以直接使用order by排序的.666.. 下面通过例子来说明,首先看下面的t1表. 比如,我们要查看每个人的多个分数,将该人对应的多个分数显示在一起,分数要从高到底排序. 可以这样写: SELECT username,GROUP_CONCAT(score ORDER BY score DESC) AS myScore FROM t1 GROUP BY username; 效果如下: 以上这篇浅谈MySQL中group_concat()函数的排序方法就
浅谈js中startsWith 函数不能在任何浏览器兼容的问题

在做js测试的时候用到了startsWith函数,但是他并不是每个浏览器都有的,所以我们一般要重写一下这个函数,具体的用法可以稍微总结一下在有些浏览器中他是undefined 所以我们可以这样的处理一下. if (typeof String.prototype.startsWith != 'function') { String.prototype.startsWith = function (prefix){ return this.slice(0, prefix.length) === p
浅谈mysql中concat函数,mysql在字段前/后增加字符串

MySQL中concat函数使用方法: CONCAT(str1,str2,-) 返回结果为连接参数产生的字符串.如有任何一个参数为NULL ,则返回值为 NULL. 注意: 如果所有参数均为非二进制字符串,则结果为非二进制字符串. 如果自变量中含有任一二进制字符串,则结果为一个二进制字符串. 一个数字参数被转化为与之相等的二进制字符串格式:若要避免这种情况,可使用显式类型 cast, 例如: SELECT CONCAT(CAST(int_col AS CHAR), char_col) MySQ
浅谈js中调用函数时加不加括号的问题

其实总结起来如下: 函数只要是要调用它进行执行的,都必须加括号.此时,函数()实际上等于函数的返回值.当然,有些没有返回值,但已经执行了函数体内的行为,这个是根本,就是说,只要加括号的,就代表将会执行函数体代码. 不加括号的,都是把函数名称作为函数的指针,用于传参,此时不是得到函数的结果,因为不会运行函数体代码.它只是传递了函数体所在的地址位置,在需要的时候好找到函数体去执行. 所以一般时候我们都是采用的是无括号的原因.这也是由于括号的二义性,因为括号是"函数调用运算符",相当于在执行
浅谈js中同名函数和同名变量的执行问题

经测试未写成闭包形式的在同一个文件中或者不同的 js 文件中定义的同名函数,调用时会执行后面一个定义的函数.即使这样写也会执行后面一个即会弹出2: <script type="text/javascript"> function t(){ alert(1); } t(); function t(){ alert(2); } </script> 另外,定义的变量与css样式也是以后面的为准. 但是对于函数,经测试这样写却会执行前面的函数直接量即弹出1,暂时不知道是
浅谈Python3中print函数的换行

Python3中print函数的换行最近看了看Python的应用,从入门级的九九乘法表开始,结果发现Python3.x和Python2.x真的是有太大的不同之处,就比如这里的换行处理,怕忘记先记下来,好了,咱移步下文-- Python2.X中的代码: #!/usr/bin/env python #-*- coding: utf-8 -*- __author__ = '****' class PrintTable(object): '''打印九九乘法表''' def __init__(self)

浅谈C++中虚函数实现原理揭秘

相关推荐

随机推荐