深入解析C++中的虚函数与多态

 更新时间:2013年09月24日 10:00:38   作者:  
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)和一个指向虚函数表的指针(vptr)来实现的

1.C++中的虚函数
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。

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)和一个指向虚函数表的指针(vptr)来实现的。虚函数表,简称为vtbl,虚函数表表对实现多态起着至关重要的作用。在这个表中,主要保存了一个类中的虚函数的地址,这张表解决了继承、覆盖的问题,保证其内容能真实反应实际的函数。每一个包含虚函数的类的实例都包含一个cptr指针,指向虚函数表的首地址。我们可以通过这个指针找到要访问的虚函数的,完成虚函数的调用主要包括:找到虚函数表的首地址(vptr),通过cptr找到要使用虚函数地址,调用虚函数。那么使用虚函数大家总要考虑效率的问题,实际上为了提高效率,C++的编译器是保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置,这是为了保证取到虚函数表的有最高的性能,这意味着我们通过对象实例的地址得到这张虚函数表,然后通过遍历表就可以找到其中的虚函数的地址,然后调用相应的函数。不妨看看下面的代码:

复制代码 代码如下:

#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; }
};

typedef void(*Fun)(void);


int main()
{
    Base b;
    Fun pFun = NULL;
    cout << "虚函数表地址:" << (int*)(&b) << endl;
    cout << "虚函数表 — 第一个函数地址:" << (int*)*(int*)(&b) << endl;
    pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b));
    pFun();
    return 0;
}


通过这个示例,可以看到,通过强行把&b转成int *,取得虚函数表的地址(vptr),然后,再次取址就可以得到第一个虚函数的地址了,也就是Base::f(),这在上面的程序中得到了验证(把int* 强制转成了函数指针)。通过这个示例,我们就可以知道如果要调用Base::g()和Base::h(),其代码如下:
复制代码 代码如下:

(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0); // Base::f()

(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1); // Base::g()

(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2); // Base::h()


可以看看虚函数表的图是怎么画的:

            

大家都知道,多态是通过继承实现的,那么我们要说说虚函数继承的问题。继承就涉及到了虚函数的覆盖了,实际上不被覆盖的虚函数和多态又有什么联系呢?这里我们讨论有覆盖的虚函数表是什么样的,假设存在下面的继承关系:

        

看看虚函数表示什么样的:

        

可以发现,Base::f()被覆盖了,这样若把Derive的实例赋值给一个基类Base指针pBase,通过pBase->f();则访问的是子类中的f()也就是完成了多态。那么虚函数表中的内容到底是怎么样的呢?可以看看下面的四句话就会明白!

1.虚函数按照其声明顺序放于表中。

2.父类的虚函数在子类的虚函数前面。

3.覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。

4.没有被覆盖的函数依旧。

2.用虚函数实现多态
看看下面的多态的代码:

复制代码 代码如下:

#include <iostream>

using namespace std;

class Base
{
public:
    virtual void Print()
    {
        cout<<"Base::Print()"<<endl;
    }
};
class Derive : public Base
{
public:
    virtual void Print()
    {
        cout<<"Derive::Print()"<<endl;
    }
};
int main()
{
    Derive derive;
    Base *pBase = &derive;
    pBase->Print();
    return 0;
}
//多态代码


实现虚函数的代码,一定要切记:一定是基类的指针指向子类的对象的地址。首先试着理解一下用虚函数实现多态的原理,如果实在没理解为什么虚函数能实现多态,又为什么这样实现多态,上网再搜一搜相关的资料!!!

相关文章

  • c语言网络编程-标准步骤(改进版)

    c语言网络编程-标准步骤(改进版)

    这篇文章主要介绍了c语言网络编程-标准步骤的改进说明,需要的朋友可以参考下
    2014-01-01
  • C语言实现简单航班管理系统

    C语言实现简单航班管理系统

    这篇文章主要为大家详细介绍了C语言实现简单航班管理系统,文中示例代码介绍的非常详细,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下
    2019-12-12
  • 封装常用正则表达式的用法

    封装常用正则表达式的用法

    这篇文章主要介绍了使用C++封装常用正则表达式的用法,方便以后直接使用,最后还给出了测试代码,大家可运行测试使用
    2014-03-03
  • C++ COM编程之QueryInterface函数(二)

    C++ COM编程之QueryInterface函数(二)

    这篇文章主要介绍了C++ COM编程之QueryInterface函数(二),本文是第二篇,第一篇请参阅相关文档,需要的朋友可以参考下
    2014-10-10
  • C++实现浮点数精确加法

    C++实现浮点数精确加法

    这篇文章主要为大家详细介绍了C++实现浮点数精确加法,文中示例代码介绍的非常详细,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下
    2020-05-05
  • C语言实现按行读写文件

    C语言实现按行读写文件

    这篇文章主要为大家详细介绍了C语言实现按行读写文件,文中示例代码介绍的非常详细,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下
    2019-11-11
  • 从C++单例模式到线程安全详解

    从C++单例模式到线程安全详解

    下面小编就为大家带来一篇从C++单例模式到线程安全详解。小编觉得挺不错的,现在就分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧
    2016-12-12
  • C语言中进制知识汇总

    C语言中进制知识汇总

    在C语言里,整数有三种表示形式:十进制,八进制,十六进制。 其中以数字0开头,由0~7组成的数是八进制。以0X或0x开头,由0~9,A~F或a~f 组成是十六进制。除表示正负的符号外,以1~9开头,由0~9组成是十进制。
    2016-05-05
  • 详解原码、反码与补码存储与大小

    详解原码、反码与补码存储与大小

    这篇文章主要介绍了详解原码、反码与补码存储与大小的相关资料,需要的朋友可以参考下
    2017-06-06
  • C++ 中字符串操作--宽窄字符转换的实例详解

    C++ 中字符串操作--宽窄字符转换的实例详解

    这篇文章主要介绍了C++ 中字符串操作--宽窄字符转换的实例详解的相关资料,希望通过本文能帮助到大家实现这样的功能更,需要的朋友可以参考下
    2017-09-09

最新评论