C++虚函数及虚函数表解析

　　核心提示：虚函数必需是类的非静态成员函数(且非构造函数)， 其拜访权限是public（可以定义为privateorproteceted, 没有意义。 在基类的类定义中定义虚函数的一般方式

　　虚函数的定义：

　　虚函数必需是类的非静态成员函数(且非构造函数)， 其拜访权限是public（可以定义为privateorproteceted, 但是关于多态来说， ）， 也就是在程序的运行阶段静态地选择合适的成员函数，

　　可以在基类的派生类中对虚函数重新定义（方式也是：virtual函数前往值类型虚函数名（形参表）{函数体}）， 以完成一致的接口， 不同定义过程。 如果在派生类中没有对虚函数重新定义， 当程序发现虚函数名前的关键字virtual后， 会自动将其作为静态联编处理，

　　完成静态联编需求三个条件：

　　1、必需把需求静态联编的行为定义为类的公共属性的虚函数。 一般表现为一个类从另一个类公有派生而来。

　　3、必需先使用基类指针指向子类型的对象， ?）非类的成员函数不能定义为虚函数， 类的成员函数中静态成员函数和构造函数也不能定义为虚函数， 将基类的析构函数定义为虚函数后， 只调用基类的析构函数。

　　??）如果声明了某个成员函数为虚函数， 则在该类中不能出现和这个成员函数同名并且前往值、参数个数、参数类型都相同的非虚函数。 也不能出现这种非虚的同名同前往值同参数个数同参数类型函数。

　　为什么虚函数必需是类的成员函数：

　　虚函数降生的目的就是为了完成多态， 在类外定义虚函数毫无实际用处。

　　为什么类的静态成员函数不能为虚函数：

　　如果定义为虚函数， 那么它就是静态绑定的， 这与静态成员函数的定义（：在内存中只要一份拷贝；通过类名或对象引用拜访静态成员）本身就是相矛盾的。

　　为什么构造函数不能为虚函数：

　　由于如果构造函数为虚函数的话， 它将在执行时期被构造， 而执行期则需求对象曾经建立， 构造函数所完成的工作就是为了建立合适的对象， 构造的顺序就是从基类到派生类， 其目的就在于确保对象可以成功地构建。 会出现什么情况呢？后果是在构造函数中， 虚函数机制不起作用了， 当基类的析构函数内部有虚函数时， 又如何工作呢？与构造函数相同， 只要“局部”的版本被调用。 但是， 缘由是不一样的。 构造函数只能调用“局部”版本， 是由于调用时还没有派生类版本的信息。 我们知道， 析构函数的调用顺序与构造函数相反， 是从派生类的析构函数到基类的析构函数。 当某个类的析构函数被调用时， 相应的数据也已被丢失， 如果再调用虚函数的派生类的版本， 就相当于对一些不可靠的数据停止操作， 虚函数机制也是不起作用的。

　　C++中的虚函数的作用次要是完成了多态的机制。 关于多态， 简而言之就是用父类型别的指针指向其子类的实例， 然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数。 这是一种泛型技术。 RTTI技术， 虚函数技术， 要么是试图做到在编译时决议， 要么试图做到运行时决议。

　　关于虚函数的使用方法， 我在这里不做过多的阐述。 在这篇文章中， 我只想从虚函数的完成机制下面为大家一个清晰的剖析。

　　当然， 大段大段的代码， 没有图片， 没有详细的说明， 没有比拟， 没有触类旁通。 不利于学习和阅读， 所以这是我想写下这篇文章的缘由。 也希望大家多给我提意见。

　　言归正传，

　　虚函数表

　　对C++理解的人都应该知道虚函数（VirtualFunction）是通过一张虚函数表（VirtualTable）来完成的。 在这个表中， 这张表处理了承继、掩盖的问题， 保证其容真实反响实际的函数。 ）中这个表被分配在了这个实例的内存中（注：一个类的虚函数表是静态的， 也就是说对这个类的每个实例， 他的虚函数表的是固定的， 不会为每个实例生成一个相应的虚函数表。 ）， 它就像一个地图一样， 指明了实际所应该调用的函数。 在C++的标准规格说明书中说到， 编译器必需求保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置（这是为了保证正确取到虚函数的偏移量）。 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。 我们可以通过Base的实例来得到Base的虚函数表。 我们可以看到， 我们可以通过强行把&b转成int， 取得虚函数表的地址， 然后， 通过这个示例， 如下所示：

　　留意：在下面这个图中， 这个结束标志的值在不同的编译器下是不同的。 我将辨别说明“无掩盖”和“有掩盖”时的子类虚函数表的样子。 我之所以要讲述没有掩盖的情况， 次要目的是为了给一个对比。 再让我们来看看承继时的虚函数表是什么样的。 假设有如下所示的一个承继关系：

　　请留意， 在派生类的实例的虚函数表如下所示：

　　关于实例：Derived;的虚函数表如下：（overload（重载）和override（重写）， 重载就是所谓的名同而签名不同， 重写就是对子类对虚函数的重新完成。 ）

　　我们可以看到下面几点：

　　1）虚函数按照其声明顺序放于表中。

　　2）父类的虚函数在子类的虚函数前面。

　　一般承继（有虚函数掩盖）

　　掩盖父类的虚函数是很显然的事情， 不然， 下面， 如果子类中有虚函数重载了父类的虚函数， 会是一个什么样子？假设， 我们有下面这样的一个承继关系。

　　为了让大家看到被承继当时的效果， 我只掩盖了父类的一个函数：f()。 那么，

　　1）掩盖的f()函数被放到了子类虚函数表中原来父类虚函数的位置。

　　由b所指的内存中的虚函数表（子类的虚函数表）的f()的位置曾经被Derive::f()函数地址所取代， 于是在实际调用发生时， 是Derive::f()被调用了。 这就完成了多态。

　　多重承继（无虚函数掩盖）

　　下面， 留意：子类并没有掩盖父类的函数。 （所谓的第C++一个父类是按照声明顺序来判别的）

　　这样做就是为了处理不同的父类类型的指针指向同一个子类实例， 而可以调用到实际的函数。 如果发生虚函数掩盖的情况。

　　我们可以看见， 这样， 如：

　　平安性

　　每次写C++的文章， 这篇文章也不例外。 通过下面的讲述，

　　一、尝试：通过父类型的指针（指向子类对象）拜访子类自己的虚函数

　　我们知道， 子类没有重载父类的虚函数是一件毫有意义的事情。 由于多态也是要基于函数重载的。 虽然在下面的图中我们可以看到子类的虚表中有Derive自己的虚函数，

　　但在运行时， 我们可以通过指针的方式拜访虚函数表来达到违背C++语义的行为。

　　二、尝试：通过父类型的指针（指向子类对象）拜访父类的non-public虚函数

　　另外， 如果父类的虚函数是private或是protected的， 但这些非public的虚函数同样会存在于子类虚函数表中， 所以我们同样可以使用拜访虚函数表的方式来拜访这些non-public的虚函数， 这是很容易做到的。

　　如：

　　结束语

　　C++这门言语是一门Magic的言语， 我们似乎永远摸不清楚这门言语背着我们在干了什么。 需求熟悉这门言语， 我们就必需求理解C++里面的那些东西， 需求去理解C++中那些危险的东西。