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[其他] C++类中虚表的详细讲解

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时间都去哪了 发表于 2016-10-7 10:18:03
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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-1 (private,derived,include,public,虚函数)

  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
  #include
  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-2 (private,derived,include,public,虚函数)

   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
  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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可惜我都看 发表于 2016-11-12 21:11:28
鄙视楼下的顶帖没我快,哈哈
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纪祥 发表于 2016-11-20 22:54:42
世界末日我都挺过去了,看到时间都去哪了我才知道为什么上帝留我到现在!
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海是倒过来的天 发表于 2016-11-21 16:29:50
你拥有再大再多的水桶,也不如有一个水龙头。说明:”渠道很重要!
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