虚函式

基本解释

虚函式联系到多态，多态联系到继承。所以本文中都是在继承层次上做文章。没了继承，什麽都没得谈。

举例说明

下面是对C++的虚函式的理解。

一，什麽是虚函式（如果不知道虚函式为何物，但有急切的想知道，那你就应该从这裏开始）

简单地说，那些被virtual关键字修饰的成员函式，就是虚函式。虚函式的作用，用专业术语来解释就是实现多态性（Polymorphism），多态性是将接口与实现进行分离；用形象的语言来解释就是实现以共同的方法，但因个体差异而採用不同的策略。下面来看一段简单的代码

class A{

public:

void print(){ cout<<”This is A”<

};

class B:public A{

public:

void print(){ cout<<”This is B”<

};

int main(){ //为了在以后便于区分，我这段main()代码叫做main1

A a;

B b;

a.print();

b.print();

}

通过class A和class B的print()这个接口，可以看出这两个class因个体的差异而採用了不同的策略，输出的结果也是我们预料中的，分别是This is A和This is B。但这是否真正做到了多态性呢？No，多态还有个关键之处就是一切用指向基类的指针或引用来操作对象。那现在就把main()处的代码改一改。

int main(){ //main2

A a;

B b;

A* p1=&a;

A* p2=&b;

p1->print();

p2->print();

}

运行一下看看结果，结果却是两个This is A。问题来了，p2明明指向的是class B的对象但却是调用的class A的print()函式，这不是我们所期望的结果，那麽解决这个问题就需要用到虚函式

class A{

public:

virtual void print(){ cout<<”This is A”<

};

class B:public A{

public:

void print(){ cout<<”This is B”<

};

毫无疑问，class A的成员函式print()已经成了虚函式，那麽class B的print()成了虚函式了吗？回答是Yes，我们只需在把基类的成员函式设为virtual，其派生类的相应的函式也会自动变为虚函式。所以，class B的print()也成了虚函式。那麽对于在派生类的相应函式前是否需要用virtual关键字修饰，那就是你自己的问题了。

现在重新运行main2的代码，这样输出的结果就是This is A和This is B了。

现在来消化一下，我作个简单的总结，指向基类的指针在操作它的多态类对象时，会根据不同的类对象，调用其相应的函式，这个函式就是虚函式。

二，虚函式是如何做到的（如果你没有看过《Inside The C++ Object Model》这本书，但又急切想知道，那你就应该从这裏开始）

虚函式是如何做到因对象的不同而调用其相应的函式的呢？现在我们就来剖析虚函式。我们先定义两个类

class A{ //虚函式示例代码

public:

virtual void fun(){cout<<1<

virtual void fun2(){cout<<2<

};

class B:public A{

public:

void fun(){cout<<3<

void fun2(){cout<<4<

};

由于这两个类中有虚函式存在，所以编译器就会为他们两个分别插入一段你不知道的资料，并为他们分别建立一个表。那段资料叫做vptr指针，指向那个表。那个表叫做vtbl，每个类都有自己的vtbl，vtbl的作用就是储存自己类中虚函式的地址，我们可以把vtbl形象地看成一个数组，这个数组的每个元素存放的就是虚函式的地址，请看图

通过上图，可以看到这两个vtbl分别为class A和class B服务。现在有了这个模型之后，我们来分析下面的代码

A *p=new A;

p->fun();

毫无疑问，调用了A::fun()，但是A::fun()是如何被调用的呢？它像普通函式那样直接跳转到函式的代码处吗？No，其实是这样的，首先是取出vptr的值，这个值就是vtbl的地址，再根据这个值来到vtbl这裏，由于调用的函式A::fun()是第一个虚函式，所以取出vtbl第一个slot裏的值，这个值就是A::fun()的地址了，最后调用这个函式。现在我们可以看出来了，只要vptr不同，指向的vtbl就不同，而不同的vtbl裏装着对应类的虚函式地址，所以这样虚函式就可以完成它的任务。

而对于class A和class B来说，他们的vptr指针存放在何处呢？其实这个指针就放在他们各自的实例对象裏。由于class A和class B都没有资料成员，所以他们的实例对象裏就只有一个vptr指针。通过上面的分析，现在我们来实作一段代码，来描述这个带有虚函式的类的简单模型。

#include

using namespace std;

//将上面“虚函式示例代码”增加在这裏

int main(){

void (*fun)(A*);

A *p=new B;

long lVptrAddr;

memcpy(&lVptrAddr,p,4);

memcpy(&fun,reinterpret_cast(lVptrAddr),4);

fun(p);

delete p;

system("pause");

}

用VC或Dev-C++编译运行一下，看看结果是不是输出3，如果不是，那麽太阳明天肯定是从西边出来。现在一步一步开始分析

void (*fun)(A*);这段定义了一个函式指针名字叫做fun，而且有一个A*类型的参数，这个函式指针待会儿用来储存从vtbl裏取出的函式地址

A* p=new B;这个我不太了解，算了，不解释这个了

long lVptrAddr;这个long类型的变数待会儿用来储存vptr的值

memcpy(&lVptrAddr,p,4);前面说了，他们的实例对象裏只有vptr指针，所以我们就放心大胆地把p所指的4bytes记忆体裏的东西复製到lVptrAddr中，所以复製出来的4bytes内容就是vptr的值，即vtbl的地址

现在有了vtbl的地址了，那麽我们现在就取出vtbl第一个slot裏的内容

memcpy(&fun,reinterpret_cast(lVptrAddr),4);取出vtbl第一个slot裏的内容，并存放在函式指针fun裏。需要注意的是lVptrAddr裏面是vtbl的地址，但lVptrAddr不是指针，所以我们要把它先转变成指针类型

fun(p);这裏就调用了刚才取出的函式地址裏的函式，也就是调用了B::fun()这个函式，也许你发现了为什麽会有参数p,其实类成员函式调用时，会有个this指针，这个p就是那个this指针，只是在一般的调用中编译器自动帮你处理了而已，而在这裏则需要自己处理。

delete p;和system("pause");这个我不太了解，算了，不解释这个了

如果调用B::fun2()怎麽办？那就取出vtbl的第二个slot裏的值就行了

memcpy(&fun,reinterpret_cast(lVptrAddr+4),4); 为什麽是加4呢？因为一个指针的长度是4bytes，所以加4。或者memcpy(&fun,reinterpret_cast(lVptrAddr)+1,4); 这更符合数组的用法，因为lVptrAddr被转成了long*型别，所以+1就是往后移sizeof(long)的长度

三，以一段代码开始

#include

using namespace std;

class A{ //虚函式示例代码2

public:

virtual void fun(){ cout<<"A::fun"<

virtual void fun2(){cout<<"A::fun2"<

};

class B:public A{

public:

void fun(){ cout<<"B::fun"<

void fun2(){ cout<<"B::fun2"<

};//end//虚函式示例代码2

int main(){

void (A::*fun)();//定义一个函式指针

A *p=new B;

fun=&A::fun;

(p->*fun)();

fun = &A::fun2;

(p->*fun)();

delete p;

system("pause");

}

你能估算出输出结果吗？如果你估算出的结果是A::fun和A::fun2，呵呵，恭喜恭喜，你中圈套了。其实真正的结果是B::fun和B::fun2，如果你想不通就接着往下看。给个提示，&A::fun和&A::fun2是真正获得了虚函式的地址吗？

首先我们回到第二部分，通过段实作代码，得到一个“通用”的获得虚函式地址的方法

#include

using namespace std;

//将上面“虚函式示例代码2”增加在这裏

void CallVirtualFun(void* pThis,int index=0){

void (*funptr)(void*);

long lVptrAddr;

memcpy(&lVptrAddr,pThis,4);

memcpy(&funptr,reinterpret_cast(lVptrAddr)+index,4);

funptr(pThis); //调用

}

int main(){

A* p=new B;

CallVirtualFun(p);//调用虚函式p->fun()

CallVirtualFun(p,1);//调用虚函式p->fun2()

system("pause");

}

现在我们拥有一个“通用”的CallVirtualFun方法。

这个通用方法和第三部分开始处的代码有何联系呢？联系很大。由于A::fun()和A::fun2()是虚函式，所以&A::fun和&A::fun2获得的不是函式的地址，而是一段间接获得虚函式地址的一段代码的地址，我们形象地把这段代码看作那段CallVirtualFun。编译器在编译时，会提供类似于CallVirtualFun这样的代码，当你调用虚函式时，其实就是先调用的那段类似CallVirtualFun的代码，通过这段代码，获得虚函式地址后，最后调用虚函式，这样就真正保证了多态性。同时大家都说虚函式的效率低，其原因就是，在调用虚函式之前，还调用了获得虚函式地址的代码。

最后的说明：本文的代码可以用VC6和Dev-C++4.9.8.0通过编译，且运行无问题。其他的编译器小弟不敢保证。其中，裏面的类比方法只能看成模型，因为不同的编译器的低层实现是不同的。例如this指针，Dev-C++的gcc就是通过压堆，当作参数传递，而VC的编译器则通过取出地址储存在ecx中。所以这些类比方法不能当作具体实现