目录
一、虚函数表和多态的原理
1.1 - 虚函数表
1.2 - 多态的原理
二、单继承和多继承关系中的虚函数表
2.1 - 单继承关系中的虚函数表
2.2 - 多继承关系中的虚函数表
三、纯虚函数和抽象类
一、虚函数表和多态的原理
1.1 - 虚函数表
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问：
sizeof(b)是多少？#include <iostream> using namespace std; class Base { public:virtual void func1() { cout << "Base::func1()" << endl; }virtual void func2() { cout << "Base::func2()" << endl; }void func3() { cout << "Base::func3()" << endl; } protected:int _i = 1; }; int main() {Base b;cout << sizeof(b) << endl;return 0; }通过调试可以发现，在 b 对象内存模型中，除了
_i成员，还有一个名为_vfptr的成员，它是虚函数表指针，所以sizeof(b)是 8 或 16 字节。
一个含有虚函数的类对象至少有一个指向虚函数表的指针，虚函数表本质上是一个存放虚函数地址的函数指针数组，一般情况下在这个数组的最后面还放了一个
nullptr。
虚函数表可以简称为虚表。因为 func3 不是虚函数，所以没有放进虚表中。
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提一个很容易混淆的问题：虚函数存在哪里？虚表又存在哪里？虚函数和普通函数一样，都是存在代码段的；而虚表存在哪里可以通过以下代码得知：
#include <iostream> using namespace std; class Base { public:virtual void func1() { cout << "Base::func1()" << endl; }virtual void func2() { cout << "Base::func2()" << endl; }void func3() { cout << "Base::func3()" << endl; } protected:int _i = 1; }; typedef void(*VFPTR)(); int main() {int m = 0;printf("栈：%p\n", &m); int* p1 = new int;printf("堆：%p\n", p1); static int n = 0;printf("静态区：%p\n", &n); const char* str = "abcdef";printf("常量区：%p\n", str); Base b;// 通过对象的地址获取虚函数表的地址VFPTR* p2 = (VFPTR*)*(int*)&b; printf("虚表：%p\n", p2);return 0; }
根据输出结果，我们有理由相信虚表也是存在代码段的。
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让派生类 Derive 继承自 Base，然后在派生类中重写基类虚函数 func1：
#include <iostream> using namespace std; class Base { public:virtual void func1() { cout << "Base::func1()" << endl; }virtual void func2() { cout << "Base::func2()" << endl; }void func3() { cout << "Base::func3()" << endl; } protected:int _i = 1; }; class Derive : public Base { public:virtual void func1() { cout << "Derived::func1()" << endl; } protected:int _j = 2; }; int main() {Base b;Derive d;return 0; }因为在派生类中重写了基类的虚函数 func1，所以基类对象 b 和派生类对象 d 的虚表是不一样的。
d 的虚表中存的是重写的 Derive::func1，所以虚函数的重写也叫作覆盖，覆盖就是虚表中虚函数的覆盖。重写是语法上的叫法，覆盖是原理层的叫法。
1.2 - 多态的原理
#include <iostream>
using namespace std;
class Base
{
public:virtual void func1() { cout << "Base::func1()" << endl; }virtual void func2() { cout << "Base::func2()" << endl; }void func3() { cout << "Base::func3()" << endl; }
protected:int _i = 1;
};
class Derive : public Base
{
public:virtual void func1() { cout << "Derive::func1()" << endl; }
protected:int _j = 2;
};
int main()
{Base b;Base* pb = &b;pb->func1(); // Base::func1()
Derive d;pb = &d;pb->func1(); // Derive::func1()return 0;
}当基类指针
pb指向基类对象 b 时，pb->func1();就是在 b 的虚表中找到虚函数 Base::func1。当基类指针
pb指向派生类对象 d 时，pb->func1();就是在 d 的虚表中找到虚函数 Derive::func1。这样就让基类指针表现出了多种形态。
注意：不满足多态的函数调用是编译时确定好的，满足多态的函数调用是运行时去对象中找的：
Base b;
b.func1();
// 00195182 lea ecx,[b]
// 00195185 call Person::func1 (01914F6h)
// 汇编代码分析：
// 虽然 func1 是虚函数，但是 b 是对象，不满足多态的条件，所以这里是普通函数的调用，
// 编译时就确定好了函数的地址，直接 call。
Base* pb = &b;
pb->func1();
// 注意：不相关的汇编代码被省去了
// 001940DE mov eax,dword ptr [pb]
// 001940E1 mov edx,dword ptr [eax]
// 00B823EE mov eax,dword ptr [edx]
// 001940EA call eax
// 汇编代码分析：
// 1、pb 中存的是 b 对象的地址，将 pb 移动到 eax 中
// 2、[eax] 就是取 eax 值指向的内容，相当于把 b 对象中的虚表指针移动到 edx
// 3、[edx] 就是取 edx 值指向的内容，相当于把虚表中第一个虚函数的地址移动到 eax
// 4、call eax 中存的虚函数地址
// 由此可以看出满足多态的函数调用，不是在编译时确定的，而是运行起来后去对象中找的。
二、单继承和多继承关系中的虚函数表
2.1 - 单继承关系中的虚函数表
#include <iostream>
using namespace std;
class Base
{
public:virtual void func1() { cout << "Base::func1()" << endl; }virtual void func2() { cout << "Base::func2()" << endl; }
protected:int _i = 1;
};
class Derive : public Base
{
public:virtual void func1() { cout << "Derive::func1()" << endl; }virtual void func3() { cout << "Derive::func3()" << endl; }virtual void func4() { cout << "Derive::func4()" << endl; }
protected:int _j = 2;
};
int main()
{Base b;Derive d;return 0;
}
在 d 的虚表中，我们看不到虚函数 func3 和 func4，这可能是监视窗口故意隐藏了这两个函数，也可能是一个小 bug，我们可以通过以下代码进行验证：
typedef void(*VFPTR)();
void PrintVftable(VFPTR vftable[])
{for (size_t i = 0; vftable[i] != nullptr; ++i){printf("第 %d 个虚函数地址：0X%p, -->", i, vftable[i]);vftable[i]();}cout << endl;
}
void test()
{Base b;VFPTR* p1 = (VFPTR*)*(int*)&b;PrintVftable(p1);
Derive d;VFPTR* p2 = (VFPTR*)*(int*)&d;PrintVftable(p2);
}
2.2 - 多继承关系中的虚函数表
#include <iostream>
using namespace std;
class Base1
{
public:virtual void func1() { cout << "Base1::func1()" << endl; }virtual void func2() { cout << "Base1::func2()" << endl; }
protected:int _i1;
};
class Base2
{
public:virtual void func1() { cout << "Base2::func1()" << endl; }virtual void func2() { cout << "Base2::func2()" << endl; }
protected:int _i2;
};
class Derive : public Base1, public Base2
{
public:virtual void func1() { cout << "Derive::func1()" << endl; }virtual void func3() { cout << "Derive::func3()" << endl; }
protected:int _j;
};
typedef void(*VFPTR)();
void PrintVftable(VFPTR vftable[])
{for (size_t i = 0; vftable[i] != nullptr; ++i){printf("第 %d 个虚函数地址：0X%p, -->", i, vftable[i]);vftable[i]();}cout << endl;
}
int main()
{Derive d;VFPTR* p1 = (VFPTR*)*(int*)&d;PrintVftable(p1);
// VFPTR* p2 = (VFPTR*)*(int*)((char*)&d + sizeof(Base1));// PrintVftable(p2)// 或者：Base2* p2 = &d;PrintVftable((VFPTR*)*(int*)p2);return 0;
}
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派生类中的虚函数 func3 放在第一个继承自基类部分的虚函数表中。
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假设有以下场景：
Derive d; Base1* p1 = &d; p1->func1(); Base2* p2 = &d; p2->func1();首先要确定的是：
所以在语句
p2->func1();中，需要修正 this 指针：
这也是为什么在 d 的两个虚表中，重写的虚函数 func1 的地址不一样。
三、纯虚函数和抽象类
纯虚函数是一种特殊的虚函数，在某些情况下，在基类中不能对虚函数给出有意义的实现，就可以把它声明为纯虚函数。纯虚函数只有函数名、参数和返回值类型，没有函数体，具体实现留给派生类去做。具体语法：virtual 返回值类型 函数名(参数列表) = 0;。
含有纯虚函数的类被称为抽象类（或接口类），不能实例化对象，但可以创建指针和引用。
派生类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类。
#include <iostream>
using namespace std;
class Car
{
public:virtual void Drive() = 0;
};
class AITO : public Car
{
public:virtual void Drive() { cout << "Intelligent" << endl; }
};
class AVATR : public Car
{
public:virtual void Drive() { cout << "Comfortable" << endl; }
};
void func1(Car* p) { p->Drive(); }
void func2(Car& c) { c.Drive(); }
int main()
{AITO aito;AVATR avatr;
func1(&aito); // Intelligentfunc1(&avatr); // Comfortable
func2(aito); // Intelligentfunc2(avatr); // Comfortablereturn 0;
}
