虚函数

对C++ 了解的人都应该知道虚函数（Virtual Function）是通过一张虚函数表（Virtual Table）来实现的。简称为V-Table。在这个表中，主是要一个类的虚函数的地址表，这张表解决了继承、覆盖的问题，保证其容真实反应实际的函数。这样，在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了这个实例的内存中，所以，当我们用父类的指针来操作一个子类的时候，这张虚函数表就显得由为重要了，它就像一个地图一样，指明了实际所应该调用的函数。

这里我们着重看一下这张虚函数表。C++的编译器应该是保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置（这是为了保证取到虚函数表的有最高的性能——如果有多层继承或是多重继承的情况下）。这意味着我们通过对象实例的地址得到这张虚函数表，然后就可以遍历其中函数指针，并调用相应的函数。

虚函数表存在的位置

由于虚函数表是由编译器给我们生成的，那么编译器会把虚函数表安插在哪个位置呢？下面可以简单的写一个示例来证明一下虚函数表的存在，以及观察它所存在的位置，先来看一下代码：

#include <iostream>
#include <stdio.h>
using namespace std;class A{
public:int x;virtual void b() {}
};int main()
{A* p = new A;cout << p << endl;cout << &p->x << endl;return 0;
}

定义了一个类A，含有一个x和一个虚函数，实例化一个对象，然后输出对象的地址和对象成员x的地址，我们想一下，如果对象的地址和x的地址相同，那么就意味着编译器把虚函数表放在了末尾，如果两个地址不同，那么就意味着虚函数表是放在最前面的。运行结果为16进制，然后我们把它转为10进制观察一下：

可以观察到结果是不同的，而且正好相差了4个字节，由此可见，编译器把生成的虚函数表放在了最前面

获取虚函数表

既然虚函数表是真实存在的，那么我们能不能想办法获取到虚函数表呢？其实我们可以通过指针的形式去获得，因为前面也提到了，我们可以把虚函数表看作是一个数组，每一个单元用来存放虚函数的地址，那么当调用的时候可以直接通过指针去调用所需要的函数就行了。我们就类比这个思路，去获取一下虚函数表。首先先定义两个类，一个是基类一个是派生类，代码如下：

#include <iostream>
#include <stdio.h>
using namespace std;class Base {
public:virtual void a() { cout << "Base a()" << endl; }virtual void b() { cout << "Base b()" << endl; }virtual void c() { cout << "Base c()" << endl; }
};class Derive : public Base {
public:virtual void b() { cout << "Derive b()" << endl; }
};int main()
{cout << "-----------Base------------" << endl;Base* q = new Base;long* tmp1 = (long*)q;long* vptr1 = (long*)(*tmp1);for (int i = 0; i < 3; i++) {printf("vptr[%d] : %p\n", i, vptr1[i]);}Derive* p = new Derive;long* tmp = (long*)p;long* vptr = (long*)(*tmp);cout << "---------Derive------------" << endl;for (int i = 0; i < 3; i++) {printf("vptr[%d] : %p\n", i, vptr[i]);}return 0;
}

可见基类中的三个指针分别指向a,b,c虚函数，而派生类中的三个指针中第一个和第三个和基类中的相同，那么这就印证了上述我们所假设的情况，那么这也就是虚函数表。但是仅仅只是观察指向的地址，还不是让我们观察的特别清楚，那么我们就通过定义函数指针，来调用一下这几个地址，看看结果是什么样的，下面直接上代码：

#include <iostream>
#include <stdio.h>
using namespace std;class Base {
public:virtual void a() { cout << "Base a()" << endl; }virtual void b() { cout << "Base b()" << endl; }virtual void c() { cout << "Base c()" << endl; }
};class Derive : public Base {
public:virtual void b() { cout << "Derive b()" << endl; }
};int main()
{typedef void (*Func)();cout << "-----------Base------------" << endl;Base* q = new Base;long* tmp1 = (long*)q;long* vptr1 = (long*)(*tmp1);for (int i = 0; i < 3; i++) {printf("vptr[%d] : %p\n", i, vptr1[i]);}Func a = (Func)vptr1[0];Func b = (Func)vptr1[1];Func c = (Func)vptr1[2];a();b();c();Derive* p = new Derive;long* tmp = (long*)p;long* vptr = (long*)(*tmp);cout << "---------Derive------------" << endl;for (int i = 0; i < 3; i++) {printf("vptr[%d] : %p\n", i, vptr[i]);}Func d = (Func)vptr[0];Func e = (Func)vptr[1];Func f = (Func)vptr[2];d();e();f();return 0;
}

多重继承的虚函数表：

虚函数的引入其实就是为了实现多态(对于多态看到了一篇很不错的博客：传送门)，现在来研究一下多重继承的虚函数表是什么样的，首先我们先来看一下简单的一般继承的代码：

class Base1 {
public:virtual void A() { cout << "Base1 A()" << endl; }virtual void B() { cout << "Base1 B()" << endl; }virtual void C() { cout << "Base1 C()" << endl; }
};class Derive : public Base1{
public:virtual void MyA() { cout << "Derive MyA()" << endl; }
};

那么我们现在在Derive中再添加一个虚函数，让它覆盖基类中的虚函数，代码如下：

class Base1 {
public:virtual void A() { cout << "Base1 A()" << endl; }virtual void B() { cout << "Base1 B()" << endl; }virtual void C() { cout << "Base1 C()" << endl; }
};class Derive : public Base1{
public:virtual void MyA() { cout << "Derive MyA()" << endl; }virtual void B() { cout << "Derive B()" << endl; }
};

这个是单继承的情况，然后我们看看多重继承，也就是Derive类继承两个基类，先看一下代码：

class Base1 {
public:virtual void A() { cout << "Base1 A()" << endl; }virtual void B() { cout << "Base1 B()" << endl; }virtual void C() { cout << "Base1 C()" << endl; }
};class Base2 {
public:virtual void D() { cout << "Base2 D()" << endl; }virtual void E() { cout << "Base2 E()" << endl; }
};class Derive : public Base1, public Base2{
public:virtual void A() { cout << "Derive A()" << endl; }           // 覆盖Base1::A()virtual void D() { cout << "Derive D()" << endl; }           // 覆盖Base2::D()virtual void MyA() { cout << "Derive MyA()" << endl; }
};

首先我们明确一个概念，对于多重继承的派生类来说，它含有多个虚函数指针，对于上述代码而言，Derive含有两个虚函数指针，所以它不是只有一个虚函数表，然后把所有的虚函数都塞到这一个表中，为了印证这一点，我们下面会印证这一点，首先我们先来看看这个多重继承的图示：

#include <iostream>
#include <stdio.h>
using namespace std;class Base1 {
public:virtual void A() { cout << "Base1 A()" << endl; }virtual void B() { cout << "Base1 B()" << endl; }virtual void C() { cout << "Base1 C()" << endl; }
};class Base2 {
public:virtual void D() { cout << "Base2 D()" << endl; }virtual void E() { cout << "Base2 E()" << endl; }
};class Derive : public Base1, public Base2 {
public:virtual void A() { cout << "Derive A()" << endl; }           // 覆盖Base1::A()virtual void D() { cout << "Derive D()" << endl; }           // 覆盖Base2::D()virtual void MyA() { cout << "Derive MyA()" << endl; }
};int main()
{typedef void (*Func)();Derive d;Base1& b1 = d;Base2& b2 = d;cout << "Derive对象所占的内存大小为：" << sizeof(d) << endl;cout << "\n---------第一个虚函数表-------------" << endl;long* tmp1 = (long*)&d;              // 获取第一个虚函数表的指针long* vptr1 = (long*)(*tmp1);         // 获取虚函数表Func x1 = (Func)vptr1[0];Func x2 = (Func)vptr1[1];Func x3 = (Func)vptr1[2];Func x4 = (Func)vptr1[3];x1(); x2(); x3(); x4();cout << "\n---------第二个虚函数表-------------" << endl;long* tmp2 = tmp1 + 1;               // 获取第二个虚函数表指针 相当于跳过4个字节long* vptr2 = (long*)(*tmp2);Func y1 = (Func)vptr2[0];Func y2 = (Func)vptr2[1];y1(); y2();return 0;
}