C++虚函数原理,c虚函数详解你肯定懂了
C中虚函数的作用主要是实现多态的机制。关于多态，简而言之就是用父类型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。这种技术可以使父类的指针具有“多种形式”，是一种通用技术。所谓泛型技术，说白了就是试图用不可改变的代码来实现可改变的算法。比如：模板技术，RTTI技术，虚函数技术，要么尝试在编译时做一个解析，要么尝试在运行时做一个解析。
关于虚函数的使用，这里不做过多阐述。可以看看相关的C书籍。在这篇文章中，我只想从虚函数的实现机制给大家一个清晰的分析。
当然，网上也出现过一些相同的文章，但我总觉得这些文章不好读。有大段大段的代码，没有图片，没有详细的解释，没有对比，没有推论。不利于学习和阅读，所以这是我想写这篇文章的原因。也希望大家多提意见。
言归正传，我们一起进入虚函数的世界吧。
懂C的人应该知道，VirtualFunction是通过一个VirtualTable实现的。简称v表。在这个表中，需要一个类的虚函数的地址表。该表解决了继承性和覆盖性问题，保证了能真实反映实际功能。这样，在具有虚函数的类的实例中，这个表被分配在这个实例的内存中。所以当我们用父类的指针去操作子类的时候，这个虚函数表就变得重要了。像地图一样，它指出了实际应该调用的函数。
让我们来关注一下这个虚函数表。根据C的标准规范，编译器必须保证虚函数表的指针存在于对象实例的前端位置(这是为了保证虚函数的偏移量正确)。这意味着我们通过对象实例的地址得到这个虚函数表，然后就可以遍历其中的函数指针，调用相应的函数。
听了这么多，我能感觉到你现在可能比以前更迷茫了。没关系，下面是实际例子。相信聪明的你一眼就明白了。
假设我们有这样一个类：
类别库{
公共：
virtualvoidf(){ cout Base:f endl；}
virtualvoidg(){ cout Base:g endl；}
virtualvoidh(){ cout Base:h endl；}
};
根据上面的陈述，我们可以通过Base的实例得到虚函数表。下面是实际的例程：
typedefvoid(* Fun)(void)；
Baseb
FunpFun=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；
//Invokethefirstvirtualfunction
pFun=(Fun)*((int *)*(int *)(b))；
pFun()；
实际运行结果如下：(Windows XP VS 2003，Linux 2.6.22 GCC 4.1.3)
虚拟表地址：0012FED4
虚函数表—第一个函数地址：0044F148
Base:f
通过这个例子我们可以看到，通过强制将B转换为int*可以得到虚函数表的地址，然后，通过再次寻址可以得到第一个虚函数的地址，即Base:f()，这个在上面的程序中已经得到了验证(强制将int*转换为函数指针)。通过这个例子我们可以知道，如果要调用Base:g()和Base:h()，其代码如下：
(Fun)*((int *)*(int *)(b)0)；//Base:f()
(Fun)*((int *)*(int *)(b)1)；//Base:g()
(Fun)*((int *)*(int *)(b)2)；//Base:h()
这时候你应该明白了。什么？还是有点晕。是的，这段代码看起来太乱了。没问题，我来画张图解释一下。如下所示：
注意：在上图中，我在虚函数表的末尾增加了一个额外的节点，这是虚函数表的结束节点，就像字符串的终止符“\0”一样，标志着虚函数表的结束。这个结束标志的值在不同的编译器下是不同的。在WinXP VS2003下，该值为NULL。在Ubuntu7.10 Linux2.6.22 GCC4.1.3下，如果该值为1，则表示有下一个虚函数表，如果该值为0，则表示是最后一个虚函数表。
接下来，我将分别解释虚函数表在“未覆盖”和“覆盖”时的外观。拥有一个不覆盖父类的虚函数是没有意义的。我之所以要讲没有覆盖的情况，主要是为了做一个对比。通过对比，我们可以更清楚的知道它的内部实现。
一般继承(没有虚函数覆盖)
接下来，我们来看看虚函数表在继承时是什么样子的。假设存在如下所示的继承关系：
请注意，在这个继承关系中，子类不会重载父类的任何函数。那么，在派生类的例子中，它的虚函数表如下：
比如：派生的；的虚函数表如下：
我们可以看到以下几点：
1)虚函数按照它们的声明顺序放在表中。
2)父类的虚函数先于子类的虚函数。
我相信聪明的你可以参考前面的程序写个程序验证一下。
一般继承(由虚函数覆盖)
覆盖父类的虚函数是显而易见的，否则虚函数就变得没有意义。现在，让我们来看看。如果子类中的虚函数重载了父类的虚函数，会是什么样子？假设我们有如下继承关系。
为了让大家看到继承的效果，在这个类的设计中，我只覆盖了父类的一个函数：f()。然后，对于派生类的实例，其虚函数表将如下所示：
从表中我们可以看出以下几点，
1)被覆盖的f()函数被放置在虚拟表中原始父虚函数的位置。
2)未涵盖的功能保持不变。
这样，我们可以看到，对于下面的程序，
base * b=new derive()；
b-
b所指示的f()在内存虚函数表中的位置已经被derivative: f()函数的地址所取代，所以实际调用时，被调用的是derivative: f()。这实现了多态性。
多重继承(没有虚函数覆盖)
接下来，我们来看看多重继承中的情况，假设有下面这个类的继承关系。注意：子类不会覆盖父类的功能。
对于子类实例中的虚函数表，它看起来像这样：
我们可以看到：
1)每个父类都有自己的虚拟表。
2)子类的成员函数放在第一个父类的表中。(所谓第一个父类是根据声明顺序判断的)
这是为了解决不同父类型的指针指向同一个子类实例的问题，可以调用实际的函数。
多重继承(由虚函数覆盖)
我们再来看看，如果虚函数覆盖发生了。
在下图中，我们在子类中覆盖了父类的f()函数。
以下是子类实例中虚函数表的示意图：
我们可以看到f()在三个父类的虚函数表中的位置被子类的函数指针所取代。这样，我们可以指向任何静态类型的子类，并调用子类的f()。比如：
派生的；
Base1*b1=
Base2*b2=
Base3*b3=
b1- //Derive:f()
b2- //Derive:f()
b3- //Derive:f()
b1- //Base1:g()
b2- //Base2:g()
b3- //Base3:g()
每次写关于C的文章，总要批评C，这篇文章也不例外。通过上面的描述，相信大家对虚函数表有了更详细的了解。水能载舟，亦能覆舟。现在，让我们看看虚函数表能做什么坏事。
1.通过父类型的指针访问子类的虚函数。
我们知道，子类不重载父类的虚函数是一件没有意义的事情。因为多态性也是基于函数重载的。虽然在上图中我们可以看到Base1的虚表中有一个Derive的虚函数，但是我们不可能用下面的语句调用子类的自有虚函数：
base 1 * B1=new derive()；
B1-f1()；//编译错误
任何试图用父类的指针调用子类中不覆盖父类的成员函数的行为，都会被编译器视为非法，这样的程序根本无法编译。但是，在运行时，我们可以通过指针访问虚函数表来违反C语义。(对于这个尝试，我相信你可以通过阅读后面附录中的代码来做到)
第二，访问非公共的虚拟功能
另外，如果父类的虚函数是私有的或者是受保护的，但是这些非公有的虚函数也会存在于虚函数表中，那么我们也可以通过访问虚函数表来访问这些非公有的虚函数，这很容易做到。
比如：
类别库{
私人：
virtualvoidf(){ cout Base:f endl；}
};
classDerive:publicBase{
};
typedefvoid(* Fun)(void)；
voidmain(){
派生的；
funp Fun=(Fun)*((int *)*(int *)(d)0)；
pFun()；
}
c语言是一种神奇的语言。对于程序员来说，我们似乎永远不知道这种语言在背后做什么。要熟悉这门语言，我们需要知道C里面的东西，知道C里面的危险的东西，否则就是搬起石头砸自己的脚的编程语言。
郑重声明：本文由网友发布，不代表盛行IT的观点，版权归原作者所有，仅为传播更多信息之目的，如有侵权请联系，我们将第一时间修改或删除，多谢。