C++虚函数的实现
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https://blog.csdn.net/haoel/article/details/1948051
目錄
一、虛函數(shù)表解析
前言
虛函數(shù)表
一般繼承（無虛函數(shù)覆蓋）
一般繼承（有虛函數(shù)覆蓋）
多重繼承（無虛函數(shù)覆蓋）
多重繼承（有虛函數(shù)覆蓋）
安全性
1、通過父類型的指針訪問子類自己的虛函數(shù)
2、訪問non-public的虛函數(shù)
結(jié)束語
附錄一：VC中查看虛函數(shù)表
二、通過匯編探索C++虛函數(shù)在g++中的實現(xiàn)
先寫個例子
g++如何實現(xiàn)虛函數(shù)的動態(tài)綁定？
vtbl在何時被創(chuàng)建？vptr又是在何時被初始化？
在Linux中運行的C++程序虛擬存儲器中，vptr、vtbl存放在虛擬存儲的什么位置？
總結(jié)
一、虛函數(shù)表解析
前言
C++中的虛函數(shù)的作用主要是實現(xiàn)了多態(tài)的機(jī)制。關(guān)于多態(tài)，簡而言之就是用父類型別的指針指向其子類的實例，然后通過父類的指針調(diào)用實際子類的成員函數(shù)。這種技術(shù)可以讓父類的指針有“多種形態(tài)”，這是一種泛型技術(shù)（更多時候泛型特指模板編程）。所謂泛型技術(shù)，說白了就是試圖使用不變的代碼來實現(xiàn)可變的算法。比如：模板技術(shù)，RTTI技術(shù)，虛函數(shù)技術(shù)，要么是試圖做到在編譯時決議，要么試圖做到運行時決議。
關(guān)于虛函數(shù)的使用方法，我在這里不做過多的闡述。大家可以看看相關(guān)的C++的書籍。在這篇文章中，我只想從虛函數(shù)的實現(xiàn)機(jī)制上面為大家 一個清晰的剖析。
當(dāng)然，相同的文章在網(wǎng)上也出現(xiàn)過一些了，但我總感覺這些文章不是很容易閱讀，大段大段的代碼，沒有圖片，沒有詳細(xì)的說明，沒有比較，沒有舉一反三。不利于學(xué)習(xí)和閱讀，所以這是我想寫下這篇文章的原因。也希望大家多給我提意見。
言歸正傳，讓我們一起進(jìn)入虛函數(shù)的世界。
虛函數(shù)表
對C++ 了解的人都應(yīng)該知道虛函數(shù)（Virtual Function）是通過一張?zhí)摵瘮?shù)表（Virtual Table）來實現(xiàn)的。簡稱為V-Table。在這個表中，主是要一個類的虛函數(shù)的地址表，這張表解決了繼承、覆蓋的問題，保證其容真實反應(yīng)實際的函數(shù)。這樣，在有虛函數(shù)的類的實例中這個表被分配在了這個實例的內(nèi)存中，所以，當(dāng)我們用父類的指針來操作一個子類的時候，這張?zhí)摵瘮?shù)表就顯得由為重要了，它就像一個地圖一樣，指明了實際所應(yīng)該調(diào)用的函數(shù)。
這里我們著重看一下這張?zhí)摵瘮?shù)表。C++的編譯器應(yīng)該是保證虛函數(shù)表的指針存在于對象實例中最前面的位置（這是為了保證取到虛函數(shù)表的有最高的性能——如果有多層繼承或是多重繼承的情況下）。 這意味著我們通過對象實例的地址得到這張?zhí)摵瘮?shù)表，然后就可以遍歷其中函數(shù)指針，并調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。
聽我扯了那么多，我可以感覺出來你現(xiàn)在可能比以前更加暈頭轉(zhuǎn)向了。 沒關(guān)系，下面就是實際的例子，相信聰明的你一看就明白了。
假設(shè)我們有這樣的一個類：
class Base {public:virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; } };按照上面的說法，我們可以通過Base的實例來得到虛函數(shù)表。 下面是實際例程：
typedef void(*Fun)(void); Base b; Fun pFun = NULL; cout << "虛函數(shù)表地址：" << (int*)(&b) << endl; cout << "虛函數(shù)表 — 第一個函數(shù)地址：" << (int*)*(int*)(&b) << endl; // Invoke the first virtual function? pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b)); pFun();實際運行經(jīng)果如下：(Windows XP+VS2003,??Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3)
虛函數(shù)表地址：0012FED4 虛函數(shù)表 — 第一個函數(shù)地址：0044F148 Base::f通過這個示例，我們可以看到，我們可以通過強(qiáng)行把&b轉(zhuǎn)成int *，取得虛函數(shù)表的地址，然后，再次取址就可以得到第一個虛函數(shù)的地址了，也就是Base::f()，這在上面的程序中得到了驗證（把int* 強(qiáng)制轉(zhuǎn)成了函數(shù)指針）。通過這個示例，我們就可以知道如果要調(diào)用Base::g()和Base::h()，其代碼如下：
(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0);??// Base::f() (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1);??// Base::g() (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2);??// Base::h()這個時候你應(yīng)該懂了吧。什么？還是有點暈。也是，這樣的代碼看著太亂了。沒問題，讓我畫個圖解釋一下。如下所示：
注意：在上面這個圖中，我在虛函數(shù)表的最后多加了一個結(jié)點，這是虛函數(shù)表的結(jié)束結(jié)點，就像字符串的結(jié)束符“/0”一樣，其標(biāo)志了虛函數(shù)表的結(jié)束。這個結(jié)束標(biāo)志的值在不同的編譯器下是不同的。在WinXP+VS2003下，這個值是NULL。而在Ubuntu 7.10 + Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3下，這個值是如果1，表示還有下一個虛函數(shù)表，如果值是0，表示是最后一個虛函數(shù)表。
下面，我將分別說明“無覆蓋”和“有覆蓋”時的虛函數(shù)表的樣子。沒有覆蓋父類的虛函數(shù)是毫無意義的。我之所以要講述沒有覆蓋的情況，主要目的是為了給一個對比。在比較之下，我們可以更加清楚地知道其內(nèi)部的具體實現(xiàn)。
一般繼承（無虛函數(shù)覆蓋）
下面，再讓我們來看看繼承時的虛函數(shù)表是什么樣的。假設(shè)有如下所示的一個繼承關(guān)系：
請注意，在這個繼承關(guān)系中，子類沒有重載任何父類的函數(shù)。那么，在派生類的實例中，其虛函數(shù)表如下所示：
對于實例：Derive d; 的虛函數(shù)表如下：
我們可以看到下面幾點：
- 虛函數(shù)按照其聲明順序（C++所有初始化順序都是按照聲明的順序）放于表中。
- 父類的虛函數(shù)在子類的虛函數(shù)前面。
- （還有很重要的一點就是在子類的內(nèi)存布局中，父類和子類共用一個虛表，在多繼承中子類和第一個父類共享）
我相信聰明的你一定可以參考前面的那個程序，來編寫一段程序來驗證。
一般繼承（有虛函數(shù)覆蓋）
覆蓋父類的虛函數(shù)是很顯然的事情，不然，虛函數(shù)就變得毫無意義。下面，我們來看一下，如果子類中有虛函數(shù)重載了父類的虛函數(shù)，會是一個什么樣子？假設(shè)，我們有下面這樣的一個繼承關(guān)系。
為了讓大家看到被繼承過后的效果，在這個類的設(shè)計中，我只覆蓋了父類的一個函數(shù)：f()。那么，對于派生類的實例，其虛函數(shù)表會是下面的一個樣子：
我們從表中可以看到下面幾點，
1）覆蓋的f()函數(shù)被放到了虛表中原來父類虛函數(shù)的位置。
2）沒有被覆蓋的函數(shù)依舊。
這樣，我們就可以看到對于下面這樣的程序，
Base *b = new Derive(); b->f();由b所指的內(nèi)存中的虛函數(shù)表的f()的位置已經(jīng)被Derive::f()函數(shù)地址所取代，于是在實際調(diào)用發(fā)生時，是Derive::f()被調(diào)用了。這就實現(xiàn)了多態(tài)。
多重繼承（無虛函數(shù)覆蓋）
下面，再讓我們來看看多重繼承中的情況，假設(shè)有下面這樣一個類的繼承關(guān)系。注意：子類并沒有覆蓋父類的函數(shù)。
對于子類實例中的虛函數(shù)表，是下面這個樣子：
我們可以看到：
1）??每個父類都有自己的虛表。
2）??子類的成員函數(shù)被放到了第一個父類的表中。（所謂的第一個父類是按照聲明順序來判斷的）
這樣做就是為了解決不同的父類類型的指針指向同一個子類實例，而能夠調(diào)用到實際的函數(shù)。
多重繼承（有虛函數(shù)覆蓋）
下面我們再來看看，如果發(fā)生虛函數(shù)覆蓋的情況。
下圖中，我們在子類中覆蓋了父類的f()函數(shù)。
下面是對于子類實例中的虛函數(shù)表的圖：
我們可以看見，三個父類虛函數(shù)表中的f()的位置被替換成了子類的函數(shù)指針。這樣，我們就可以任一靜態(tài)類型的父類來指向子類，并調(diào)用子類的f()了。如：
Derive d; Base1 *b1 = &d; Base2 *b2 = &d; Base3 *b3 = &d;b1->f(); //Derive::f() b2->f(); //Derive::f() b3->f(); //Derive::f()b1->g(); //Base1::g() b2->g(); //Base2::g() b3->g(); //Base3::g()安全性
每次寫C++的文章，總免不了要批判一下C++。這篇文章也不例外。通過上面的講述，相信我們對虛函數(shù)表有一個比較細(xì)致的了解了。水可載舟，亦可覆舟。下面，讓我們來看看我們可以用虛函數(shù)表來干點什么壞事吧。
1、通過父類型的指針訪問子類自己的虛函數(shù)
我們知道，子類沒有重載父類的虛函數(shù)是一件毫無意義的事情。因為多態(tài)也是要基于函數(shù)重載的。雖然在上面的圖中我們可以看到Base1的虛表中有Derive的虛函數(shù)，但我們根本不可能使用下面的語句來調(diào)用子類的自有虛函數(shù)：
Base1 *b1 = new Derive(); b1->f1();??//編譯出錯任何妄圖使用父類指針想調(diào)用子類中的未覆蓋父類的成員函數(shù)的行為都會被編譯器視為非法，所以，這樣的程序根本無法編譯通過。但在運行時，我們可以通過指針的方式訪問虛函數(shù)表來達(dá)到違反C++語義的行為。（關(guān)于這方面的嘗試，通過閱讀后面附錄的代碼，相信你可以做到這一點）
2、訪問non-public的虛函數(shù)
另外，如果父類的虛函數(shù)是private或是protected的，但這些非public的虛函數(shù)同樣會存在于虛函數(shù)表中，所以，我們同樣可以使用訪問虛函數(shù)表的方式來訪問這些non-public的虛函數(shù)，這是很容易做到的。如：
class Base { private:virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; } };class Derive : public Base{};typedef void(*Fun)(void);void main() {Derive d;Fun??pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d)+0);pFun(); }結(jié)束語
C++這門語言是一門Magic的語言，對于程序員來說，我們似乎永遠(yuǎn)摸不清楚這門語言背著我們在干了什么。需要熟悉這門語言，我們就必需要了解C++里面的那些東西，需要去了解C++中那些危險的東西。不然，這是一種搬起石頭砸自己腳的編程語言。
附錄一：VC中查看虛函數(shù)表
我們可以在VC的IDE環(huán)境中的Debug狀態(tài)下展開類的實例就可以看到虛函數(shù)表了（并不是很完整的）
附錄 二：例程
下面是一個關(guān)于多重繼承的虛函數(shù)表訪問的例程：
#include <iostream> using namespace std;class Base1 { public:virtual void f() { cout << "Base1::f" << endl; }virtual void g() { cout << "Base1::g" << endl; }virtual void h() { cout << "Base1::h" << endl; } };class Base2 { public:virtual void f() { cout << "Base2::f" << endl; }virtual void g() { cout << "Base2::g" << endl; }virtual void h() { cout << "Base2::h" << endl; } };class Base3 { public:virtual void f() { cout << "Base3::f" << endl; }virtual void g() { cout << "Base3::g" << endl; }virtual void h() { cout << "Base3::h" << endl; } };class Derive : public Base1, public Base2, public Base3 { public:virtual void f() { cout << "Derive::f" << endl; }virtual void g1() { cout << "Derive::g1" << endl; } };typedef void(*Fun)(void);int main() {Fun pFun = NULL;Derive d;int** pVtab = (int**)&d;//Base1's vtable//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+0);pFun = (Fun)pVtab[0][0];pFun();//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+1);pFun = (Fun)pVtab[0][1];pFun();//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+2);pFun = (Fun)pVtab[0][2];pFun();//Derive's vtable//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+3);pFun = (Fun)pVtab[0][3];pFun();//The tail of the vtablepFun = (Fun)pVtab[0][4];cout<<pFun<<endl;//Base2's vtable//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+0);pFun = (Fun)pVtab[1][0];pFun();//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+1);pFun = (Fun)pVtab[1][1];pFun();pFun = (Fun)pVtab[1][2];pFun();//The tail of the vtablepFun = (Fun)pVtab[1][3];cout<<pFun<<endl;//Base3's vtable//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+0);pFun = (Fun)pVtab[2][0];pFun();//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+1);pFun = (Fun)pVtab[2][1];pFun();pFun = (Fun)pVtab[2][2];pFun();//The tail of the vtablepFun = (Fun)pVtab[2][3];cout<<pFun<<endl;return 0; }二、通過匯編探索C++虛函數(shù)在g++中的實現(xiàn)
本文是我在追查一個詭異core問題的過程中收獲的一點心得，把公司項目相關(guān)的背景和特定條件去掉后，僅取其中通用的C++虛函數(shù)實現(xiàn)部分知識記錄于此。
在開始之前，原諒我先借用一張圖黑一下C++：
“無敵”的C++
如果你也在寫C++，請一定小心…至少，你要先有所了解：當(dāng)你在寫虛函數(shù)的時候，g++在寫什么？
?
先寫個例子
為了探索C++虛函數(shù)的實現(xiàn)，我們首先編寫幾個用來測試的類，代碼如下：
#include <iostream> using namespace std; class Base1 { public:virtual void f() {cout << "Base1::f()" << endl;} };class Base2 { public:virtual void g() {cout << "Base2::g()" << endl;} };class Derived : public Base1, public Base2 { public:virtual void f() {cout << "Derived::f()" << endl;}virtual void g() {cout << "Derived::g()" << endl;}virtual void h() {cout << "Derived::h()" << endl;}};int main(int argc, char *argv[]) {Derived ins;Base1 &b1 = ins;Base2 &b2 = ins;Derived &d = ins;b1.f();b2.g();d.f();d.g();d.h(); }代碼采用了多繼承，是為了更多的分析出g++的實現(xiàn)本質(zhì)，用UML簡單的畫一下繼承關(guān)系：
示例代碼UML圖
代碼的輸出結(jié)果和預(yù)期的一致，C++實現(xiàn)了虛函數(shù)覆蓋功能，代碼輸出如下：
Derived::f() Derived::g() Derived::f() Derived::g() Derived::h()我寫這篇文章的重點是嘗試解釋g++編譯在底層是如何實現(xiàn)虛函數(shù)覆蓋和動態(tài)綁定的，因此我假定你已經(jīng)明白基本的虛函數(shù)概念以及虛函數(shù)表（vtbl）和虛函數(shù)表指針（vptr）的概念和在繼承實現(xiàn)中所承擔(dān)的作用，如果你還不清楚這些概念，建議你在繼續(xù)閱讀下面的分析前先補(bǔ)習(xí)一下相關(guān)知識，陳皓的《C++虛函數(shù)表解析》系列是一個不錯的選擇。開始分析！
通過本文，我將嘗試解答下面這三個問題：
首先是第一個問題：
g++如何實現(xiàn)虛函數(shù)的動態(tài)綁定？
這個問題乍看簡單，大家都知道是通過vptr和vtbl實現(xiàn)的，那就讓我們刨根問底的看一看，g++是如何利用vptr和vtbl實現(xiàn)的。
第一步，使用?-fdump-class-hierarchy?參數(shù)導(dǎo)出g++生成的類內(nèi)存結(jié)構(gòu)：
Vtable for Base1Base1::_ZTV5Base1: 3u entries0???? (int (*)(...))04???? (int (*)(...))(& _ZTI5Base1)8???? Base1::fClass Base1size=4 align=4base size=4 base align=4Base1 (0xb6acb438) 0 nearly-emptyvptr=((& Base1::_ZTV5Base1) + 8u)Vtable for Base2Base2::_ZTV5Base2: 3u entries0???? (int (*)(...))04???? (int (*)(...))(& _ZTI5Base2)8???? Base2::gClass Base2size=4 align=4base size=4 base align=4Base2 (0xb6acb474) 0 nearly-emptyvptr=((& Base2::_ZTV5Base2) + 8u)Vtable for DerivedDerived::_ZTV7Derived: 8u entries0???? (int (*)(...))04???? (int (*)(...))(& _ZTI7Derived)8???? Derived::f12????Derived::g16????Derived::h20????(int (*)(...))-0x00000000424????(int (*)(...))(& _ZTI7Derived)28????Derived::_ZThn4_N7Derived1gEvClass Derivedsize=8 align=4base size=8 base align=4Derived (0xb6b12780) 0vptr=((& Derived::_ZTV7Derived) + 8u)Base1 (0xb6acb4b0) 0 nearly-emptyprimary-for Derived (0xb6b12780)Base2 (0xb6acb4ec) 4 nearly-emptyvptr=((& Derived::_ZTV7Derived) + 28u)如果看不明白這些亂七八糟的輸出，沒關(guān)系（當(dāng)然能看懂更好），把上面的輸出轉(zhuǎn)換成圖的形式就清楚了：
vptr和vtbl
其中有幾點尤其值得注意：
有了內(nèi)存布局后，接下來觀察g++是如何在這樣的內(nèi)存布局上進(jìn)行動態(tài)綁定的。
g++對每個類的指針或引用對象，如果是其類聲明中虛函數(shù)，使用位于其內(nèi)存空間首地址上的vptr尋找找到vtbl進(jìn)而得到函數(shù)地址。如果是父類聲明而子類未覆蓋的虛函數(shù)，使用對應(yīng)父類的vptr進(jìn)行尋址。
先來驗證一下，使用?objdump -S?得到?b1.f()?的匯編指令：
????b1.f();8048734:?????? 8b 44 24 24???????????? mov????0x24(%esp),%eax????# 得到Base1對象的地址8048738:?????? 8b 00?????????????????? mov????(%eax),%eax????????# 對對象首地址上的vptr進(jìn)行解引用，得到vtbl地址804873a:?????? 8b 10?????????????????? mov????(%eax),%edx????????# 解引用vtbl上第一個虛函數(shù)的地址804873c:?????? 8b 44 24 24???????????? mov????0x24(%esp),%eax8048740:?????? 89 04 24????????????????mov????%eax,(%esp)8048743:?????? ff d2?????????????????? call?? *%edx??????????????# 調(diào)用函數(shù)其過程和我們的分析完全一致，聰明的你可能發(fā)現(xiàn)了，b2怎么辦呢？Derived類的實例內(nèi)存首地址上的vptr并不是Base2類的啊！答案實際上是因為g++在引用賦值語句?Base2?&b2?=?ins?上動了手腳：
????Derived ins;804870d:?????? 8d 44 24 1c???????????? lea????0x1c(%esp),%eax8048711:?????? 89 04 24????????????????mov????%eax,(%esp)8048714:?????? e8 c3 01 00 00??????????call?? 80488dc <_ZN7DerivedC1Ev>Base1 &b1 = ins;8048719:?????? 8d 44 24 1c???????????? lea????0x1c(%esp),%eax804871d:?????? 89 44 24 24???????????? mov????%eax,0x24(%esp)Base2 &b2 = ins;8048721:?????? 8d 44 24 1c???????????? lea????0x1c(%esp),%eax?? # 獲得ins實例地址8048725:?????? 83 c0 04????????????????add????$0x4,%eax???????? # 添加一個指針的偏移量8048728:?????? 89 44 24 28???????????? mov????%eax,0x28(%esp)?? # 初始化引用Derived &d = ins;804872c:?????? 8d 44 24 1c???????????? lea????0x1c(%esp),%eax8048730:?????? 89 44 24 2c???????????? mov????%eax,0x2c(%esp)雖然是指向同一個實例的引用，根據(jù)引用類型的不同，g++編譯器會為不同的引用賦予不同的地址。例如b2就獲得一個指針的偏移量，因此才保證了vptr的正確性。
PS：我們順便也證明了C++中的引用的真實身份就是指針…
接下來進(jìn)入第二個問題：
vtbl在何時被創(chuàng)建？vptr又是在何時被初始化？
既然我們已經(jīng)知道了g++是如何通過vptr和vtbl來實現(xiàn)虛函數(shù)魔法的，那么vptr和vtbl又是在什么時候被創(chuàng)建的呢？
vptr是一個相對容易思考的問題，因為vptr明確的屬于一個實例，所以vptr的賦值理應(yīng)放在類的構(gòu)造函數(shù)中。g++為每個有虛函數(shù)的類在構(gòu)造函數(shù)末尾中隱式的添加了為vptr賦值的操作。
同樣通過生成的匯編代碼驗證：
class Derived : public Base1, public Base2{80488dc:?????? 55??????????????????????push?? %ebp80488dd:?????? 89 e5?????????????????? mov????%esp,%ebp80488df:?????? 83 ec 18????????????????sub????$0x18,%esp80488e2:?????? 8b 45 08????????????????mov????0x8(%ebp),%eax80488e5:?????? 89 04 24????????????????mov????%eax,(%esp)80488e8:?????? e8 d3 ff ff ff??????????call?? 80488c0 <_ZN5Base1C1Ev>80488ed:?????? 8b 45 08????????????????mov????0x8(%ebp),%eax80488f0:?????? 83 c0 04????????????????add????$0x4,%eax80488f3:?????? 89 04 24????????????????mov????%eax,(%esp)80488f6:?????? e8 d3 ff ff ff??????????call?? 80488ce <_ZN5Base2C1Ev>80488fb:?????? 8b 45 08????????????????mov????0x8(%ebp),%eax80488fe:?????? c7 00 48 8a 04 08?????? movl?? $0x8048a48,(%eax)8048904:?????? 8b 45 08????????????????mov????0x8(%ebp),%eax8048907:?????? c7 40 04 5c 8a 04 08????movl?? $0x8048a5c,0x4(%eax)804890e:?????? c9??????????????????????leave804890f:?????? c3??????????????????????ret可以看到在代碼中，Derived類的構(gòu)造函數(shù)為實例的兩個vptr賦初值，可是，這兩個初值居然是立即數(shù)！立即數(shù)！立即數(shù)！這說明了vtbl的生成并不是運行時的，而是在編譯期就已經(jīng)確定了存放在這兩個地址上的！
這個地址不出意料的屬于.rodata（只讀數(shù)據(jù)段），使用?objdump -s -j .rodata?提取出對應(yīng)的內(nèi)存觀察：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | 80489e0 03000000 01000200 00000000 42617365??............Base 80489f0 313a3a66 28290042 61736532 3a3a6728??1::f().Base2::g( 8048a00 29004465 72697665 643a3a66 28290044??).Derived::f().D 8048a10 65726976 65643a3a 67282900 44657269??erived::g().Deri 8048a20 7665643a 3a682829 00000000 00000000??ved::h()........ 8048a30 00000000 00000000 00000000 00000000??................ 8048a40 00000000 a08a0408 34880408 68880408??........4...h... 8048a50 94880408 fcffffff a08a0408 60880408??............`... 8048a60 00000000 c88a0408 08880408 00000000??................ 8048a70 00000000 d88a0408 dc870408 37446572??............7Der 8048a80 69766564 00000000 00000000 00000000??ived............ 8048a90 00000000 00000000 00000000 00000000??................ 8048aa0 889f0408 7c8a0408 00000000 02000000??....|........... 8048ab0 d88a0408 02000000 c88a0408 02040000??................ 8048ac0 35426173 65320000 a89e0408 c08a0408??5Base2.......... 8048ad0 35426173 65310000 a89e0408 d08a0408??5Base1.......... |
由于程序運行的機(jī)器是小端機(jī)，經(jīng)過簡單的轉(zhuǎn)換就可以得到第一個vptr所指向的內(nèi)存中的第一條數(shù)據(jù)為0x08048834，如果把這個數(shù)據(jù)解釋為函數(shù)地址到匯編文件中查找，會得到：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | 08048834 <_ZN7Derived1fEv>: }; ? class Derived : public Base1, public Base2 { public: ????virtual void f() { 8048834:?????? 55??????????????????????push?? %ebp 8048835:?????? 89 e5?????????????????? mov????%esp,%ebp 8048837:?????? 83 ec 18????????????????sub????$0x18,%esp |
Bingo！g++在編譯期就為每個類確定了vtbl的內(nèi)容，并且在構(gòu)造函數(shù)中添加相應(yīng)代碼使vptr能夠指向已經(jīng)填好的vtbl的地址。
這也同時為我們解答了第三個問題：
在Linux中運行的C++程序虛擬存儲器中，vptr、vtbl存放在虛擬存儲的什么位置？
直接看圖：
虛函數(shù)在虛擬存儲器中的位置
圖中灰色部分應(yīng)該是你已經(jīng)熟悉的，彩色部分內(nèi)容和相關(guān)聯(lián)的箭頭描述了虛函數(shù)調(diào)用的過程（圖中展示的是通過new在堆區(qū)創(chuàng)建實例的情況，與示例代碼有所區(qū)別，小失誤，不要在意）：當(dāng)調(diào)用虛函數(shù)時，首先通過位于棧區(qū)的實例的指針找到位于堆區(qū)中的實例地址，然后通過實例內(nèi)存開頭處的vptr找到位于.rodata段的vtbl，再根據(jù)偏移量找到想要調(diào)用的函數(shù)地址，最后跳轉(zhuǎn)到代碼段中的函數(shù)地址執(zhí)行目標(biāo)函數(shù)。
總結(jié)
研究這些問題的起因是因為公司代碼出現(xiàn)了非常奇葩的行為，經(jīng)過追查定位到虛函數(shù)表出了問題，因此才有機(jī)會腳踏實地的對虛函數(shù)實現(xiàn)進(jìn)行一番探索。
也許你會想，即使我不明白這些底層原理，也一樣可以正常的使用虛函數(shù)，也一樣可以寫出很好的面相對象的代碼啊？
這一點兒也沒有錯，但是，C++作為全宇宙最復(fù)雜的程序設(shè)計語言，它提供的功能異常強(qiáng)大，無異于武俠小說中鋒利無比的屠龍寶刀。但武功不好的菜鳥如果胡亂舞弄寶刀，卻很容易反被其所傷。只有了解了C++底層的原理和機(jī)制，才能讓我們把C++這把屠龍寶刀使用的更加得心應(yīng)手，變化出更加華麗的招式，成為真正的武林高手。
總結(jié)
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