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多態(tài)性 (polymorphism) 是面向?qū)ο缶幊痰幕咎卣髦?。而?C++ 中，多態(tài)性通過(guò)虛函數(shù) (virtual function) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們來(lái)看一段簡(jiǎn)單的代碼： 　　#include <iostream> 　　using namespace std; 　　class Base 　　{ 　　int a; 　　public: 　　virtual void fun1() {cout<<"Base::fun1()"<<endl;} 　　virtual void fun2() {cout<<"Base::fun2()"<<endl;} 　　virtual void fun3() {cout<<"Base::fun3()"<<endl;} 　　}; 　　class A:public Base 　　{ 　　int a; 　　public: 　　void fun1() {cout<<"A::fun1()"<<endl;} 　　void fun2() {cout<<"A::fun2()"<<endl;} 　　}; 　　void foo (Base& obj) 　　{ 　　obj.fun1(); 　　obj.fun2(); 　　obj.fun3(); 　　} 　　int main() 　　{ 　　Base b; 　　A a; 　　foo(b); 　　foo(a); 　　} 　　運(yùn)行結(jié)果為： 　　Base::fun1() 　　Base::fun2() 　　Base::fun3() 　　A::fun1() 　　A::fun2() 　　Base::fun3()? 　　僅通過(guò)基類的接口，程序調(diào)用了正確的函數(shù)，它就好像知道我們輸入的對(duì)象的類型一樣！ 　　那么，編譯器是如何知道正確代碼的位置的呢？其實(shí)，編譯器在編譯時(shí)并不知道要調(diào)用的函數(shù)體的正確位置，但它插入了一段能找到正確的函數(shù)體的代碼。這稱之為 晚捆綁 (late binding) 或 運(yùn)行時(shí)捆綁 (runtime binding) 技術(shù)。 　　通過(guò)virtual 關(guān)鍵字創(chuàng)建虛函數(shù)能引發(fā)晚捆綁，編譯器在幕后完成了實(shí)現(xiàn)晚捆綁的必要機(jī)制。它對(duì)每個(gè)包含虛函數(shù)的類創(chuàng)建一個(gè)表(稱為VTABLE)，用于放置虛函數(shù)的地址。在每個(gè)包含虛函數(shù)的類中，編譯器秘密地放置了一個(gè)稱之為vpointer(縮寫(xiě)為VPTR)的指針，指向這個(gè)對(duì)象的VTABLE。所以無(wú)論這個(gè)對(duì)象包含一個(gè)或是多少虛函數(shù)，編譯器都只放置一個(gè)VPTR即可。VPTR由編譯器在構(gòu)造函數(shù)中秘密地插入的代碼來(lái)完成初始化，指向相應(yīng)的VTABLE，這樣對(duì)象就“知道”自己是什么類型了。 VPTR都在對(duì)象的相同位置，常常是對(duì)象的開(kāi)頭。這樣，編譯器可以容易地找到對(duì)象的VTABLE并獲取函數(shù)體的地址。 　　如果我們用sizeof查看前面Base類的長(zhǎng)度，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它的長(zhǎng)度不僅僅是一個(gè)int的長(zhǎng)度，而是增加了剛好是一個(gè)void指針的長(zhǎng)度（在我的機(jī)器里面，一個(gè)int占4個(gè)字節(jié)，一個(gè)void指針占4個(gè)字節(jié)，這樣正好類Base的長(zhǎng)度為8個(gè)字節(jié)）。 　　每當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)包含虛函數(shù)的類或從包含虛函數(shù)的類派生一個(gè)類時(shí)，編譯器就為這個(gè)類創(chuàng)建一個(gè)唯一的VTABLE。在VTABLE中，放置了這個(gè)類中或是它的基類中所有虛函數(shù)的地址，這些虛函數(shù)的順序都是一樣的，所以通過(guò)偏移量可以容易地找到所需的函數(shù)體的地址。假如在派生類中沒(méi)有對(duì)在基類中的某個(gè)虛函數(shù)進(jìn)行重寫(xiě)(overriding)，那末還使用基類的這個(gè)虛函數(shù)的地址(正如上面的程序結(jié)果所示)。 　　?? 　　至今為止，一切順利。下面，我們的試驗(yàn)開(kāi)始了。 　　就目前得知的，我們可以試探著通過(guò)自己的代碼來(lái)調(diào)用虛函數(shù)，也就是說(shuō)我們要找尋一下編譯器秘密地插入的那段能找到正確函數(shù)體的代碼的足跡。 　　如果我們有一個(gè)Base指針作為接口，它一定指向一個(gè)Base或由Base派生的對(duì)象，或者是A，或者是其它什么。這無(wú)關(guān)緊要，因?yàn)閂PTR的位置都一樣，一般都在對(duì)象的開(kāi)頭。如果是這樣的話，那么包含有虛函數(shù)的對(duì)象的指針，例如Base指針，指向的位置恰恰是另一個(gè)指針——VPTR。VPTR指向的 VTABLE其實(shí)就是一個(gè)函數(shù)指針的數(shù)組，現(xiàn)在，VPTR正指向它的第一個(gè)元素，那是一個(gè)函數(shù)指針。如果VPTR向后偏移一個(gè)Void指針長(zhǎng)度的話，那么它應(yīng)該指向了VTABLE中的第二個(gè)函數(shù)指針了。 　　這看來(lái)就像是一個(gè)指針連成的鏈，我們得從當(dāng)前指針獲取它指向的下一個(gè)指針，這樣我們才能“順藤摸瓜”。那么，我來(lái)介紹一個(gè)函數(shù)： 　　void *getp (void* p) 　　{ 　　return (void*)*(unsigned long*)p; 　　} 　　我們不考慮它漂亮與否，我們只是試驗(yàn)。getp() 可以從當(dāng)前指針獲取它指向的下一個(gè)指針。如果我們能找到函數(shù)體的地址，用什么來(lái)存儲(chǔ)它呢？我想應(yīng)該用一個(gè)函數(shù)指針： 　　typedef void (*fun)(); 　　它與Base中的三個(gè)虛函數(shù)相似，為了簡(jiǎn)單我們不要任何輸入和返回，我們只要知道它實(shí)際上被執(zhí)行了即可。 　　然后，我們負(fù)責(zé)“摸瓜”的函數(shù)登場(chǎng)了： 　　fun getfun (Base* obj, unsigned long off) 　　{ 　　void *vptr = getp(obj); 　　unsigned char *p = (unsigned char *)vptr; 　　p += sizeof(void*) * off; 　　return (fun)getp(p); 　　} 　　第一個(gè)參數(shù)是Base指針，我們可以輸入Base或是Base派生對(duì)象的指針。第二個(gè)參數(shù)是VTABLE偏移量，偏移量如果是0那么對(duì)應(yīng)fun1()，如果是1對(duì)應(yīng)fun2()。getfun() 返回的是fun類型函數(shù)指針，我們上面定義的那個(gè)。可以看到，函數(shù)首先就對(duì)Base指針調(diào)用了一次getp()，這樣得到了vptr這個(gè)指針，然后用一個(gè) unsigned char指針運(yùn)算偏移量，得到的結(jié)果再次輸入getp()，這次得到的就應(yīng)該是正確的函數(shù)體的位置了。 　　那么它到底能不能正確工作呢？我們修改main() 來(lái)測(cè)試一下： 　　int main() 　　{ 　　Base *p = new A; 　　fun f = getfun(p, 0); 　　(*f)(); 　　f = getfun(p, 1); 　　(*f)(); 　　f = getfun(p, 2); 　　(*f)(); 　　delete p; 　　} 　　激動(dòng)人心的時(shí)刻到來(lái)了，讓我們運(yùn)行它！ 　　運(yùn)行結(jié)果為： 　　A::fun1() 　　A::fun2() 　　Base::fun3() 　　至此，我們真的成功了。通過(guò)我們的方法，我們獲取了對(duì)象的VPTR，在它的體外執(zhí)行了它的虛函數(shù)。

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創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來(lái)咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的多态性——vptr和vtable的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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