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C++类中虚表的详细讲解

C++类中的虚表结构是C++对象模型中一个重要的知识点,这里咱们就来深入分析下虚表的在内存中的结构。

C++一个类中有虚函数的话就会有一个虚表指针,其指向对应的虚表,一般一个类只会有一个虚表,每个虚表有多个”插槽”,每个插槽存放一个虚函数的地址。插槽中的内容可以被覆盖,子类如果重写了父类中的虚函数,则插槽中对应位置的数据被覆盖。虚表存放的是虚函数地址,不管该虚函数是public还是private的。光文字说明不太形象,下面上一张虚表结构的示例图:

C++类中虚表的详细讲解

从图中看出,虚表指针确实是指向虚表结构的,这个虚表结构中有许多插槽,每个插槽都会指向一个虚函数。那么如何用程序来测试呢,请接着看:

#include <iostream>

#include <cstdio>

using namespace std;

class Base {

public:

virtual void test() {

cout << "Base.text()" << endl;

}

public:

int a;

};

class Derived : public Base {

public:

virtual void test() {

cout << "Derived.test()" << endl;

}

public:

int b;

};

typedef void (*PFunc)();

int main() {

Derived derived;

PFunc  ptest;  // 函数指针

// 输出derived及其成员a/b的地址

printf("derived:  %p/n", &derived);

printf("derived.a: %p/n", &(derived.a));

printf("derived.b: %p/n", &(derived.b));

// 提取出test虚函数地址

int *p = (int *)*(int *)(&derived);

ptest = (PFunc)*p;

ptest();

return 0;

}

输出结果:

C++类中虚表的详细讲解

注意,程序是在CentOS 7 64位系统下进行测试的。程序中直接提取出test虚函数地址,然后进行调用,发现调用的确实是Derived.test函数,这也说明了虚表结构的内存布局。

关于虚表几个有意思的问题

虚表指针什么时候赋值的?

#include <iostream>

using namespace std;

class Base

{

public:

Base() {

cout << "Base()" << endl;

show();

int *p = &b;

cout << "Base::b: " << p << endl;

p = (int *)((char *)p – 8);

cout << "Base::vptr: " << *p << endl;

// Base中虚函数地址

cout << "*Base::vptr: " << *(int *)*p << endl;

cout << endl;

}

virtual void show() {

cout << "Base::show()" << endl;

}

public:

int b;

};

class Derived : public Base

{

public:

Derived()

{

cout << "Derived()" << endl;

show();

int *p = &b;

cout << "Derived::b: " << p << endl;

p = (int *)((char *)p – 8);

cout << "Derived::vptr: " << *p << endl;

// Derived中虚函数地址

cout << "*Derived::vptr: " << *(int *)*p << endl;

cout << endl;

}

virtual void show() {

cout << "Derived::show()" << endl;

}

private:

int d;

};

int main(int argc, char **argv)

{

Base base;

Derived derived;

return 0;

}

从输出结果中可以得出,子类在构造过程中虚表指针会被赋值2次。初始化如下:

基类静态成员 – 子类静态成员 – (设置v_ptr/基类成员变量 ) –基类构造函数 – (设置v_ptr/子类成员变量) – 子类构造函数

在类的析构函数中是否对虚表指针进行赋值操作呢?

在子类的析构函数中,会把虚表指针设置为指向父类中的虚函数地址,这样在父类的析构函数中调用虚函数实际上调用的是父类的虚函数,不过一般不这样做。如何进行测试呢,按照上个问题的测试代码,然后稍微改动一下就可以测试了。

参考:

1、深入理解C++对象模型 http://www.linuxidc.com/Linux/2016-10/1357644.htm

2、《深度探索C++对象模型》 PDF 下载见 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-03/56159.htm

本文永久更新链接地址 http://www.linuxidc.com/Linux/2016-10/135763.htm

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