探秘C++虛函數(shù)：解密多態(tài)的奧秘-魔扣目錄

虛函數(shù)—作為面向?qū)ο缶幊痰暮诵奶匦灾唬摵瘮?shù)不僅在代碼中發(fā)揮著重要作用，更是實(shí)現(xiàn)多態(tài)性的關(guān)鍵所在。

什么是虛函數(shù)？

在 C++ 中，虛函數(shù)是為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)多態(tài)性而設(shè)計(jì)的特殊類型的函數(shù)。通過在基類中聲明虛函數(shù)，并在派生類中進(jìn)行重寫，可以在程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)實(shí)際對(duì)象類型確定調(diào)用的函數(shù)版本。這為我們提供了一種靈活的方式來(lái)處理繼承關(guān)系，使得代碼更具可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。

虛函數(shù)表的作用

虛函數(shù)表（virtual function table，簡(jiǎn)稱 Vtable）是實(shí)現(xiàn)虛函數(shù)的重要機(jī)制之一。每個(gè)類（包括含有虛函數(shù)的類）都會(huì)生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的虛函數(shù)表，其中存儲(chǔ)了該類中所有虛函數(shù)的地址。

當(dāng)對(duì)象被創(chuàng)建時(shí)，會(huì)分配一個(gè)指向其類的虛函數(shù)表的指針（虛指針）。通過這個(gè)指針，程序能夠在運(yùn)行時(shí)確定調(diào)用的函數(shù)版本，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)綁定。注意與靜態(tài)綁定混淆重載-靜態(tài)綁定（鏈接）。

虛函數(shù)表的性質(zhì)

每個(gè)類都有自己的虛函數(shù)表：當(dāng)一個(gè)類中包含至少一個(gè)虛函數(shù)時(shí)，編譯器會(huì)為該類生成一個(gè)虛函數(shù)表。
虛函數(shù)表中存儲(chǔ)的是函數(shù)指針：虛函數(shù)表中的每個(gè)條目都是一個(gè)指向?qū)?yīng)虛函數(shù)的函數(shù)指針。
對(duì)象含有指向其類的虛函數(shù)表的指針：每個(gè)對(duì)象都含有一個(gè)指向其類的虛函數(shù)表的指針，通過這個(gè)指針實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)綁定。

派生類的虛函數(shù)表包含基類的虛函數(shù)表內(nèi)容，并擴(kuò)展新函數(shù)：派生類的虛函數(shù)表通常是在基類的虛函數(shù)表的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展的。

示例代碼解釋讓我們通過一段簡(jiǎn)單的代碼來(lái)說(shuō)明虛函數(shù)表的工作原理：

#include <IOStream>

class Base {
public:
    virtual void func1() {
        std::cout << "Base::func1()" << std::endl;
    }
    virtual void func2() {
        std::cout << "Base::func2()" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void func1() override {
        std::cout << "Derived::func1()" << std::endl;
    }
    void func3() {
        std::cout << "Derived::func3()" << std::endl;
    }
};

int mAIn() {
    Base* ptr = new Derived();
    ptr->func1(); // 動(dòng)態(tài)綁定
    ptr->func2(); // 動(dòng)態(tài)綁定
    delete ptr;
    return 0;
}

在這個(gè)示例中，我們創(chuàng)建了一個(gè)基類 Base 和一個(gè)派生類 Derived，后者重寫了基類中的 func1()。

在 main() 函數(shù)中，我們創(chuàng)建了一個(gè)基類指針指向派生類對(duì)象，并通過該指針調(diào)用了兩個(gè)虛函數(shù) func1() 和 func2()。由于 func1() 是虛函數(shù)，并且對(duì)象是 Derived 類型，所以會(huì)動(dòng)態(tài)綁定到 Derived::func1()。而 func2() 在派生類中沒有被重寫，所以會(huì)綁定到基類的版本。

虛函數(shù)表的大小

先看一個(gè)例子（操作環(huán)境64位系統(tǒng)）

//先看空類大小
class test {

};
//只有一個(gè)虛函數(shù)的類大小
class test1 
{
  public:
    virtual void function()
{
    std::cout << "function()" << std::endl;
    }
};
//兩個(gè)虛函數(shù)類的大小
class test2 
{
  public:
    virtual void function1()
{
    std::cout << "function1()" << std::endl;
    }
    
    virtual void function2()
{
    std::cout << "function2()" << std::endl;
    }
};

int main()
{
  std::cout<<"sizeof test: "<<sizeof(test)<<std::endl;
  std::cout<<"sizeof test1: "<<sizeof(test1)<<std::endl;
  std::cout<<"sizeof test2: "<<sizeof(test2)<<std::endl;
  return 0;
}