00. 目錄

• • 00. 目錄
  • 01. 前言
  • 02. 一般繼承（無虛函數(shù)覆蓋）
  • 03. 一般繼承（有虛函數(shù)覆蓋）
  • 04. 多重繼承（無虛函數(shù)覆蓋）
  • 05. 多重繼承（有虛函數(shù)覆蓋）
  • 06. 安全性

01. 前言

上一篇博客我們詳細(xì)講解了虛函數(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(shí)現(xiàn)。

02. 一般繼承（無虛函數(shù)覆蓋）

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(shí)例中，其虛函數(shù)表如下所示：

對于實(shí)例：Derive d; 的虛函數(shù)表如下：

我們可以看到下面幾點(diǎn)：
1）虛函數(shù)按照其聲明順序放于表中。
2）父類的虛函數(shù)在子類的虛函數(shù)前面。

測試程序如下

class Base{public: typedef void (Base::*Fun)();virtual void f(){Fun q=&Base::f;cout<<"Base::f -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;} virtual void g(){Fun q=&Base::g;cout<<"Base::g -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;} virtual void h(){Fun q=&Base::h;cout<<"Base::h -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;} }; class Derive:public Base{public:typedef void (Derive::*Fun)();virtual void f1(){Fun q=&Derive::f1;cout<<"Derive::f1 -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;}virtual void g1(){Fun q=&Derive::g1;cout<<"Derive::g1 -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;}virtual void h1(){Fun q=&Derive::h1;cout<<"Derive::h1 -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;} }; int test2(){typedef void (*Fun)();Base b;Fun pFun=NULL;int *add;cout<<"虛函數(shù)表地址："<<(int*)&b<<endl;add=(int*)*(int*)&b;cout<<"虛函數(shù)表-第1個函數(shù)地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第2個函數(shù)地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第3個函數(shù)地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;for(int i=0;i<3;i++){pFun=(Fun)*((int*)*(int*)&b+i);pFun();}cout<<"=================================="<<endl;Derive d;cout<<"虛函數(shù)表地址："<<(int*)&d<<endl;add=(int*)*(int*)&d;cout<<"虛函數(shù)表-第1個函數(shù)地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第2個函數(shù)地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第3個函數(shù)地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第4個函數(shù)地址："<<add+3<<" -> "<<(int*)*(add+3)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第5個函數(shù)地址："<<add+4<<" -> "<<(int*)*(add+4)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第6個函數(shù)地址："<<add+5<<" -> "<<(int*)*(add+5)<<endl; for(int i=0;i<6;i++){pFun=(Fun)*((int*)*(int*)&d+i);pFun();}return 0;}

測試結(jié)果
從下圖可以看到，派生類的前三個函數(shù)就是從基類中繼承來的，函數(shù)的地址是不一樣的，但是所指向的內(nèi)存中函數(shù)的地址是一致的。

03. 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(shí)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(diǎn)，
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。

測試程序

class Derive2:public Base{public: typedef void (Derive::*Fun)();virtual void f(){Fun q=&Derive::f;cout<<"Derive::f -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;}virtual void g1(){Fun q=&Derive::g1;cout<<"Derive::g1 -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;}virtual void h1(){Fun q=&Derive::h1;cout<<"Derive::h1 -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;} }; int test3(){typedef void (*Fun)();Base b;Fun pFun=NULL;int *add;cout<<"虛函數(shù)表地址："<<(int*)&b<<endl;add=(int*)*(int*)&b; cout<<"虛函數(shù)表-第1個函數(shù)地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第2個函數(shù)地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第3個函數(shù)地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;for(int i=0;i<3;i++){pFun=(Fun)*((int*)*(int*)&b+i);pFun();}cout<<"=================================="<<endl;Derive2 d;cout<<"虛函數(shù)表地址："<<(int*)&d<<endl;add=(int*)*(int*)&d;cout<<"虛函數(shù)表-第1個函數(shù)地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第2個函數(shù)地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第3個函數(shù)地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第4個函數(shù)地址："<<add+3<<" -> "<<(int*)*(add+3)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第5個函數(shù)地址："<<add+4<<" -> "<<(int*)*(add+4)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第6個函數(shù)地址："<<add+5<<" -> "<<(int*)*(add+5)<<endl;for(int i=0;i<5;i++){pFun=(Fun)*((int*)*(int*)&d+i);pFun();}return 0; }

執(zhí)行結(jié)果:

從上圖我們可以看到在派生類中的函數(shù)f已經(jīng)覆蓋了基類中對應(yīng)的函數(shù)f，并且派生類的虛表的函數(shù)地址換成了派生類函數(shù)的地址。因?yàn)椴淮嬖诘?個函數(shù)，所以最后的地址為0
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(shí)際調(diào)用發(fā)生時，是Derive::f()被調(diào)用了。這就實(shí)現(xiàn)了多態(tài)。

04. 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(shí)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(shí)例，而能夠調(diào)用到實(shí)際的函數(shù)。

測試代碼

#include <iostream> using namespace std; class Base1{public:typedef void (Base1::*Fun)();virtual void f(){Fun q=&Base1::f;cout<<"Base1::f -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;}virtual void g(){Fun q=&Base1::g;cout<<"Base1::g -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;}virtual void h(){Fun q=&Base1::h;cout<<"Base1::h -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;} }; class Base2{public:typedef void (Base2::*Fun)();virtual void f(){Fun q=&Base2::f;cout<<"Base2::f -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;}virtual void g(){Fun q=&Base2::g;cout<<"Base2::g -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;}virtual void h(){Fun q=&Base2::h;cout<<"Base2::h -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;} }; class Base3{public:typedef void (Base3::*Fun)();virtual void f(){Fun q=&Base3::f;cout<<"Base3::f -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;}virtual void g(){Fun q=&Base3::g;cout<<"Base3::g -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;}virtual void h(){Fun q=&Base3::h;cout<<"Base3::h -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;} }; class Derive:public Base1,public Base2,public Base3{public:typedef void (Derive::*Fun)();virtual void f1(){Fun q=&Derive::f1;cout<<"Derive::f1 -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;}virtual void g1(){Fun q=&Derive::g1;cout<<"Derive::g1 -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;} }; int test2(){typedef void (*Fun)();Fun pFun=NULL;int *add;Base1 b1;add=(int*)*(int*)&b1;cout<<"Base1-虛函數(shù)表地址："<<(int*)&b1<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第1個函數(shù)地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第2個函數(shù)地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第3個函數(shù)地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;for(int i=0;i<3;i++){pFun=(Fun)*((int*)*(int*)&b1+i);pFun();}Base2 b2;add=(int*)*(int*)&b2;cout<<"Base2-虛函數(shù)表地址："<<(int*)&b2<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第1個函數(shù)地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第2個函數(shù)地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第3個函數(shù)地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;for(int i=0;i<3;i++){pFun=(Fun)*(add+i);pFun();}Base3 b3;add=(int*)*(int*)&b3;cout<<"Base3-虛函數(shù)表地址："<<(int*)&b3<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第1個函數(shù)地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第2個函數(shù)地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第3個函數(shù)地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;for(int i=0;i<3;i++){pFun=(Fun)*(add+i);pFun();}cout<<"=================================="<<endl;Derive d;add=(int*)*(int*)&d;cout<<"Derive-虛函數(shù)表1地址："<<(int*)&d<<endl;cout<<"虛函數(shù)表1-第1個函數(shù)地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表1-第2個函數(shù)地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表1-第3個函數(shù)地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表1-第4個函數(shù)地址："<<add+3<<" -> "<<(int*)*(add+3)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表1-第5個函數(shù)地址："<<add+4<<" -> "<<(int*)*(add+4)<<endl;for(int i=0;i<5;i++){pFun=(Fun)*(add+i);pFun();}add=(int*)*((int*)&d+1);cout<<"Derive-虛函數(shù)表2地址："<<(int*)&d+1<<endl;cout<<"虛函數(shù)表2-第1個函數(shù)地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表2-第2個函數(shù)地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表2-第3個函數(shù)地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表2-第4個函數(shù)地址："<<add+3<<" -> "<<(int*)*(add+3)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表2-第5個函數(shù)地址："<<add+4<<" -> "<<(int*)*(add+4)<<endl;for(int i=0;i<3;i++){pFun=(Fun)*(add+i);pFun();}add=(int*)*((int*)&d+2);cout<<"Derive-虛函數(shù)表3地址："<<(int*)&d+2<<endl;cout<<"虛函數(shù)表3-第1個函數(shù)地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表3-第2個函數(shù)地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表3-第3個函數(shù)地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表3-第4個函數(shù)地址："<<add+3<<" -> "<<(int*)*(add+3)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表3-第5個函數(shù)地址："<<add+4<<" -> "<<(int*)*(add+4)<<endl;for(int i=0;i<3;i++){pFun=(Fun)*(add+i);pFun();}return 0; } int main(){test2(); }

測試結(jié)果:

從上圖可以看到派生類中確實(shí)有3個虛表，分別保存來自3個基類的虛函數(shù)。派生類的虛表2和虛表3只有三個函數(shù)，所以圖中對于虛表2和虛表3的第4個和第5個函數(shù)指向的地址都是無效的。

05. 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(shí)例中的虛函數(shù)表的圖：

測試程序

class Derive2:public Base1,public Base2,public Base3{public:typedef void (Derive2::*Fun)();virtual void f(){Fun q=&Derive2::f;cout<<"Derive2::f -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;}virtual void g1(){Fun q=&Derive2::g1;cout<<"Derive2::g1 -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;} }; int test3(){typedef void (*Fun)();Fun pFun=NULL;int *add;Base1 b1;add=(int*)*(int*)&b1;cout<<"Base1-虛函數(shù)表地址："<<(int*)&b1<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第1個函數(shù)地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第2個函數(shù)地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第3個函數(shù)地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;for(int i=0;i<3;i++){pFun=(Fun)*((int*)*(int*)&b1+i);pFun();}Base2 b2;add=(int*)*(int*)&b2;cout<<"Base2-虛函數(shù)表地址："<<(int*)&b2<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第1個函數(shù)地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第2個函數(shù)地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第3個函數(shù)地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;for(int i=0;i<3;i++){pFun=(Fun)*(add+i);pFun();}Base3 b3;add=(int*)*(int*)&b3;cout<<"Base3-虛函數(shù)表地址："<<(int*)&b3<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第1個函數(shù)地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第2個函數(shù)地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表-第3個函數(shù)地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;for(int i=0;i<3;i++){pFun=(Fun)*(add+i);pFun();}cout<<"=================================="<<endl;Derive2 d;add=(int*)*(int*)&d;cout<<"Derive2-虛函數(shù)表1地址："<<(int*)&d<<endl;cout<<"虛函數(shù)表1-第1個函數(shù)地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表1-第2個函數(shù)地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表1-第3個函數(shù)地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表1-第4個函數(shù)地址："<<add+3<<" -> "<<(int*)*(add+3)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表1-第5個函數(shù)地址："<<add+4<<" -> "<<(int*)*(add+4)<<endl;for(int i=0;i<4;i++){pFun=(Fun)*(add+i);pFun();}add=(int*)*((int*)&d+1);cout<<"Derive2-虛函數(shù)表2地址："<<(int*)&d+1<<endl;cout<<"虛函數(shù)表2-第1個函數(shù)地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表2-第2個函數(shù)地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表2-第3個函數(shù)地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表2-第4個函數(shù)地址："<<add+3<<" -> "<<(int*)*(add+3)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表2-第5個函數(shù)地址："<<add+4<<" -> "<<(int*)*(add+4)<<endl;for(int i=0;i<3;i++){pFun=(Fun)*(add+i);pFun();}add=(int*)*((int*)&d+2);cout<<"Derive2-虛函數(shù)表3地址："<<(int*)&d+2<<endl;cout<<"虛函數(shù)表3-第1個函數(shù)地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表3-第2個函數(shù)地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表3-第3個函數(shù)地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表3-第4個函數(shù)地址："<<add+3<<" -> "<<(int*)*(add+3)<<endl;cout<<"虛函數(shù)表3-第5個函數(shù)地址："<<add+4<<" -> "<<(int*)*(add+4)<<endl;for(int i=0;i<3;i++){pFun=(Fun)*(add+i);pFun();}return 0; }

測試結(jié)果如下:

從上圖可以發(fā)現(xiàn)，基類和派生類對應(yīng)方框內(nèi)的都是第一個函數(shù)的地址被替換，另外兩個是不變的。圖中黃色方框內(nèi)的值是無效的。粉紅色方框內(nèi)顯示了多態(tài)調(diào)用的效果。

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()

06. 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(diǎn)什么壞事吧。

一、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?yàn)槎鄳B(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(yùn)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(diǎn)）

二、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(); }

參考博客博客園
參考博客博客園二

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【C++】C++虚函数表详细分析（下）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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