虚函数,是指被virtual关键字修饰的成员函数。
简单地说,那些被virtual关键字修饰的成员函数,就是虚函数。虚函数的作用,用专业术语来解释就是实现多态性(Po来自lymorphism),多态性是将接口与实现进行分离;用形象的语言来解释就是实现以共同的方法,但因个体差异,而采用不同的策略。下面来看一段简单的代码。
分别是"This is A"、"This is B"。
通过class A和class B的print()这个接口,可以看出这两个class因补个体的差异而采用了不同的策略,但这并不是多态性行为(使用的是不同类型的指针),没有用到虚函数的功能。现在把main()处的代码改一改。
运行一下看看结果,结果却是两个This is A(错)。
问题来了,p2明明指向的是class B的对象但却是调用的class A的print()函数,这不是我们所期望的结果,那么解决这个问题就需要用到虚函数。
毫无疑问,cla360百科ss A的成员函数print()已经成了虚函数,那么class B的print()成了虚函数了吗?回答是Yes,我们只需在把基按承反际职合五危压助又类的成员函数设为virtual,其派生类的相应的函数也会自动变为虚函数。所以,class B入殖同硫病水运算的print()也成了虚函数。那么对于在派生类的相应函数前是否需要用virtual关键字修饰,那就是沿均你自己的问题了(语法上可加可不加,不加的话编译器会自动加上,但为了阅读方便和规范性,建穿蒸当松色议加上)。
现在车重新运行main2的代码,这样输出的结果就是This is A和This is B了。
现在来消化一下,我作个简单的总结,指向基类的指针在操作它的多态类对象时,会根据不同的类对象,调用其相应的函数,这个函数就是虚算请哪函数。
(如果你没有看过《Inside T来自he C++ Object Model》这本书,但又急切想知道,那你就应该从这里开始)
虚函数是如何做到因对象的不同而调用其相应的函数的呢?现在我们就宣境守盾家论阶动便来剖析虚函数。我们先定义360百科两个类
由于这两个类中有虚函数存在,所以编译器就会为他们两个分别插入一段你不知道的数据,并为他们分别创建一个表。那段数据叫做vptr指针,指向那个表。那个表叫做频顺六业无松呼vtbl,每个类都有自己的vtbl,vtbl的作用就是保存自己类中虚函数的地址,我们可以把vtbl形象地看成一个数组,这个数组的每个元素存放的就是虚函数的地址。
通过图1,可以看到这两个vtbl分别为class A和class B服考刻统管最她务。现在有了这个模型之后,夜我们来分析下面的代码。
A *p=new A;
p->fun();
毫无疑问,调用了A花衣朝::fun(),但是A::fun()是如何被调用的呢?它像普通函数那样直接跳转到函数的代码处灯府封策由传烈吗?No,其实是这样的,首先是取出vptr的值,这个值就是vtbl的地址,再根据这个值来到vtbl这里,由于调用的函数A::fun()是第一个虚函数,所以取出vtbl中第一个Slot的值即为第一个虚函数的地址(在不同的编译器下第一个vtbl布局不完全相同,在VS2008中第一个Slot的值为指向第一个虚函数的指针,而其他编译器中也可能出现第一个Slot中值为type_左钱消供倍势色升info对象的指针),这个值就反硫吸界委止生究言促是A::fun()临技比号期华概模旧职促的地址了,最后调用这个函数。现在我们可以看出来了,只要vptr不同,指向的vtbl就不同,而不同的vtbl里装着对应类的虚函数地址,所以这样虚函数就可以完成它的任务。
而对于class A和cla场范ss B来说,他们的vptr妈笑却报离素怀汽含修指针存放在何处呢?其实这个指针就放在他们各自的还虽搞财色两实例对象里。由于class A和class B都没有数据成员,所以他们的实例对象里就只有一个vptr指针。通过上面的分析,现在我们来实作一段代码,来描述这个带九必有虚函数的类的简单模型。
用VC或Dev-C++编译运行一下,看看结果是不是输出3。现在一步一步开始分析。
void (*fun)(A*); 这段定义了一个函赵数指针名字叫做fun,而且有一个A*类型的参数该环条与今金点,这个函数指针待会儿用来保存从vtbl里取出的函数地址。
A* p=new B; new B是向内存(内存分5个区:全局名字空间,自由存储区,寄存器,代码空间,栈)自由存储区申请一个内存单元的地址出推载益却肥斯高觉然后隐式地保存在一个指针中.然后把这个地址赋值给A类型的指针P。
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long lVptrAddr; 这个long类型的变量待会儿用来保存vptr的值。
memcpy(&lVptrAddr,p,4); 前面说了,他们的实例对象里只有vptr指针,所以我们就放心大胆地把p所指的4bytes内存里的东西复制到lVptrAddr中,所以复制出来的4bytes内容就是vptr的值,即vtbl的地址。
现在有了vtbl的地址了,那么我们现在就取出vtbl第一个slot里的内容。
memcpy(&fun,reinterpret_cast(lVptrAddr),4); 取出vtbl第一个slot里的内容,并存放在函数指论剧古农英针fun里。需要注意的是lVptrAddr里面是vtbl的地址,但lVptrAddr不是指针,所以我们要把它先转变成指针类型
fun(p); 这里就调用了刚才取出的函数地址里的函数,也就是调用了B::fun()这个函数,也许你发现了为什么会有参数p,其实类成员函数调用时,会有个this指针,这个p就是那个this指针,只是在一般的调用中编译器自动帮你处理住触川担叶千能露了而已,而在这里则需要自己处理。
delete p; 释放由p指向的自由空间;
system("pause"); 屏幕暂停;
如果调用B::fun2()怎么办?那就取出vtbl的第二个slot里的值就行了。
memcpy(&fun,reinterpret_cast(lVptrAddr+4),4); 为什么是加4呢?因为一个指针的长度是4bytes(32位机上,64位长度8bytes),所以加4。或者memcpy(&fun,reinterpret_cast(lVptrAddr)+1,4); 这更符合数组的用法,因为lVptrAddr被转成了long*型别,所以+1就是往后移sizeof(long)的长度。
误区
你能估算出结果吗?如果你估算出的结果是A::fun和A::fun2,哈哈,恭喜恭喜,你中圈套了。其实真正的结果是B::fun和B::fun2,如果你想不通就接着往下看。给个提示,&A::fun和&A::fun2是真正获得了虚函数的地址吗?
首先我们回到第二部分,通过段实作代码,得到一个"通用"的获得虚函数地址的方法。
CallVirtualFun
现在我们拥有一个"通用"的CallVirtualFun方法。
这个通用方法和第三部分开始处的代码有何联系呢?联系很大。由于A::fun()和A::fun2()是虚函数,所以&A::fun和&A::fun2获得的不是函数的地址,而是一段间接获得虚函数地址的一段代码的地址,我们形象地把这段代码看作那段CallVirtualFun。编译器在编译时,会提供类似于CallVirtualFun这样的代码,当你调用虚函数时,其实就是先调用的那段类似CallVirtualFun的代码,通过这段代码,获得虚函数地址后,最后调用虚函数,这样就真正保证了多态性。同时大家都说虚函数的效率低,其原因就是,在调用虚函数之前,还调用了获得虚函数地址的代码。
其他信息
定义虚函数的限制:(1)非类的成员函数不能定义为虚函数,类的成员函数中静态成员函数和构造函数也不能定义为虚函数,但可以将析构函数定义为虚函数。实际上,优秀的程序员常常把基类的析构函数定义为虚函数。因为,将基类的析构函数定义为虚函数后,当利用delete删除一个指向派生类定义的对象指针时,系统会调用相应的类的析构函数。而不将析构函数定义为虚函数时,只调用基类的析构函数。
(2)只需要在声明函数的类体中使用关键字"virtual"将函数声明为虚函数,而定义函数时不需要使用关键字"virtual"。
(3)当将基类中的某一成员函数声明为虚函数后,派生类中的同名函数(函数名相同、参数列表完全一致、返回值类型相关)自动成为虚函数。
(4)如果声明了某个成员函数为虚函数,则在该类中不能出现和这个成员函数同名并且返回值、参数个数、类型都相同的非虚函数。在以该类为基类的派生类中,也不能出现和这个成员函数同名并且返回值、参数个数、类型都相同的非虚函数。
虚函数联系到多态,多态联系到继承。所以本文中都是在继承层次上做文章。没了继承,什么都没得谈。
最后说明
本文的代码可以用VC6和Dev-C++4.9.8.0通过编译,且运行无问题。其他的编译器不敢保证。其中的类比方法只能看成模型,因为不同的编译器的底层实现是不同的。例如this指针,Dev-C++的gcc就是通过压栈,当作参数传递,而VC的编译器则通过取出地址保存在ecx中。所以这些类比方法不能当作具体实现。