【总结】关于C++虚函数、多态和对象切割 – 慕容凛霜

 貌似很少有把这几件事连在一起讲的,在网上查了好久,也翻了半天书才弄明白整个过程是怎么回事。

 

先说现象再说原理:

1 // vtableTest.cpp : Defines the entry point for the console application.
2 //
3
4 #include stdafx.h
5 #include iostream
6 using namespace std;
7
8 class Base
9 {
10 public:
11 virtual void function1() {cout << Base f1 << endl;};
12 virtual void function2() {cout << Base f2 << endl;};
13 };
14
15 class D1: public Base
16 {
17 public:
18 virtual void function1() {cout << D1 f1 << endl;};
19 };
20
21 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
22 {
23 Base* pb0 = new Base();
24 pb0->function1();
25
26 Base* pb = new D1();
27 pb->function1();
28 pb->function2();
29 pb->Base::function1();
30
31 D1 d1;
32 Base b = d1;
33 b.function1();
34 b.function2();
35 getchar();
36 delete pb0;
37 delete pb;
38 return 0;
39 }

 

 

 

这个输出是:

Base f1
D1 f1
Base f2
Base f1
Base f1
Base f2

 

 

虚函数:

当Class中定义了virtual function之后,编译器会给这个Class加入一个虚指针(vptr),并生成一张虚函数表(vtable)。

 

1 class Base
2 {
3 public:
4 virtual void function1() {cout << Base f1 << endl;};
5 virtual void function2() {cout << Base f2 << endl;};
6 };
7
8 class D1: public Base
9 {
10 public:
11 virtual void function1() {cout << D1 f1 << endl;};
12 };

示例中的Base有一个自己的虚函数表,表里面有function1和function2两个函数。当调用的时候

Base* pb = new Base();
pb
->function1();

此时会根据pb找到这个对象在内存中的位置,然后找到该对象由编译器生成的vptr,根据vptr找到vtable,然后执行里面的function1方法。

此时的输出是”Base f1″。

 

 

多态:

而当这么玩的时候:

Base* pb = new D1();
pb
->function1();

由于D1继承了Base,也会继承Base的vptr,但会单独生成一张属于D1自己的vtable。vptr会指向这张新的D1的vtable。

D1的定义中重写了function1方法,也就是说,在D1的vtable中,function1被新的方法(定义在D1里的那个)覆盖,而function2与Base中的相同。

于是在调用function1()时,会根据pb找到这个对象在内存中的位置,然后找到该对象由编译器生成的vptr(这个vptr是指向D1的vtable的),在执行vtable中的function1(),这个function1()就是D1中定义的那个了。

于是此时输出是”D1 f1″。

 

当然了如果非要执行父类的虚函数也是可以的,毕竟Base的vtable还在那,直接调用也行。

pb->Base::function1();

加上Base::会指明(虚?)函数表,让系统直接去找相应的函数来执行。

这样的输出还是”Base f1″。

 

 

对象切割:

 这个一点都不好玩。

D1 d1;
Base b
= d1;
b.function1();

d1占据的内存里由他的父类Base和D1自己独有的内容这两部分构成。当执行Base b = d1; 的时候会发生对象切割(Object Slicing),此时的b仅仅拥有Base类中的成员,D1里的成员就全部被丢掉了。

不过b的成员应该是从d1那里复制过来的,但是为毛function1的时候会输出”Base f1″啊这个问题困扰了我好久。

Base b = d1;这个过程稍微复杂一些。

由于Base中有虚函数,所以是不能“按位拷贝(Bitwise Copy)”的。编译器会给Base单独生成一个赋值函数,并重置vptr把他指向Base自己的vtable。

这么做估计是为了防止虚函数中调用了子类的成员,这样父类被切割后再去调用子类的方法程序应该会挂掉吧。

所以这个例子中还是会输出”Base f1″。

 

 

 

参考:

1,《深入探索C++对象模型》

2,http://www.learncpp.com/cpp-tutorial/125-the-virtual-table/   (这里面讲的更详细)

 

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