虚函数指针和虚函数表

1.虚函数的含义

只有用virtual声明类的成员函数，称之为虚函数。

2.虚函数的作用

就是一句话：实现多态的基石

实现多态的三大步：

1.存在继承关系子类继承父类

2.子类重写父类的virtual function

3.子类以父类的指针或者是引用的身份出现

3.虚函数的实现原理多态的实现原理

相信很多人都能说出来其中实现关键原理，就是两点：虚函数表指针（vptr），虚函数表（vftable）

1 虚函数指针在哪？ 干什么用的？
2 什么是虚函数表？ 表-》信息 虚函数表-》什么信息的？ 有什么用?3 A 类  a 对象    b c 成员  a对象内存布局是什么样？
gdb一个普通类 内存布局
一个类里面如果有了虚函数 内存布局？
一个类继承一个类  内存布局是什么样子？
一个类继承并且重写虚函数  内存布局是什么样 虚函数表发生什么变化呢？

普通类

我们首先来看下没有虚函数的情况下一个普通的类的实例对象在内存中的分布

demo.cpp

#include<iostream>
using namespace std;
class Base{public:Base():m_base(0),m_base1(' '){};void test() const  { cout<<"Base print()"<<endl; }protected:int m_base; char m_base1;
};
int main(){Base b;return 0;
}

在终端输入如下命令

g++ demo.cpp -g
gdb ./a.out

(gdb) list
(gdb) b 14
(gdb) p b
$1 = {m_base = 0, m_base1 = 32 ' '}

可以看到对象b的内存布局是由成员数据构成。

当类中存在虚函数

test.cpp

#include<iostream>
using namespace std;
class Base{
public:Base():m_base(0),m_base1(' '){}virtual void print() const  { cout<<"Base print()"<<endl; }protected:int m_base;  char m_base1;
};
int main(){Base b;return 0;
}

在终端输入如下命令

g++ test.cpp -g
gdb ./a.out

gdb过程如下：

[echoqian@cvm-10_4_1_62 virtual]$ gdb a.out
(gdb) list
4   public:
5       Base():m_base(0),m_base1(' '){}
6       virtual void print() const  { cout<<"Base print()"<<endl; }
7
8   protected:
9       int m_base;
10      char m_base1;
11  };
12  int main(){
13      Base b;
(gdb) b 14
Breakpoint 1 at 0x400904: file test.cpp, line 14.
(gdb) r
(gdb) p b
$1 = {_vptr.Base = 0x400a60 <vtable for Base+16>, m_base = 0, m_base1 = 32 ' '}

此时我们可以看到对象的布局中多了一个虚函数。并且这个虚函数位于这个对象的开头

我们可以打印出虚函数表

(gdb) info vtbl b
vtable for 'Base' @ 0x400a60 (subobject @ 0x7fffffffe420):
[0]: 0x400986 <Base::print() const>

此时虚函数表中有一个函数地址。虚函数表中就存放了这个函数的地址。

子类继承父类不重写虚函数

test.cpp

#include<iostream>
using namespace std;
class Base{
public:Base():m_base(0),m_base1(' '){}virtual void print() const  { cout<<"Base print()"<<endl; }protected:int m_base;  char m_base1;
};class Derive: public Base{private:int m_dirive;
};int main(){Base b;Derive d;return 0;
}

gdb过程如下：

[echoqian@cvm-10_4_1_62 virtual]$ g++ -g test.cpp
[echoqian@cvm-10_4_1_62 virtual]$ gdb test.cpp
(gdb) list
(gdb) b 21
(gdb) r
(gdb) p b
$1 = {_vptr.Base = 0x400b10 <vtable for Base+16>, m_base = 0, m_base1 = 32 ' '}
(gdb) p d
$2 = {<Base> = {_vptr.Base = 0x400af0 <vtable for Derive+16>, m_base = 0, m_base1 = 32 ' '}, m_dirive = 4196928}
(gdb) p &d.m_base
$3 = (int *) 0x7fffffffe408
(gdb) p &d.m_base1
$4 = 0x7fffffffe40c " "
(gdb) p &d.m_dirive
$5 = (int *) 0x7fffffffe410
(gdb) quit

子类继承父类重写虚函数
test.cpp

#include<iostream>
using namespace std;
class Base{
public:Base():m_base(0),m_base1(' '){}virtual void print() const  { cout<<"Base print()"<<endl; }protected:int m_base;  char m_base1;
};class Derive: public Base{
public: void print() const  { cout<<"Derive print()"<<endl; }};int main(){Base b;Derive d;return 0;
}

gdb过程如下：

[echoqian@cvm-10_4_1_62 virtual]$ g++ -g test1.cpp
[echoqian@cvm-10_4_1_62 virtual]$ gdb ./a.out
(gdb) list
(gdb) b 22
Breakpoint 1 at 0x400960: file test1.cpp, line 22.
(gdb) r
(gdb) p b
$1 = {_vptr.Base = 0x400b40 <vtable for Base+16>, m_base = 0, m_base1 = 32 ' '}
(gdb) p d
$2 = {<Base> = {_vptr.Base = 0x400b20 <vtable for Derive+16>, m_base = 0, m_base1 = 32 ' '}, <No data fields>}
(gdb) info vtbl b
vtable for 'Base' @ 0x400b40 (subobject @ 0x7fffffffe420):
[0]: 0x4009e2 <Base::print() const>
(gdb) info vtbl d
vtable for 'Derive' @ 0x400b20 (subobject @ 0x7fffffffe410):
[0]: 0x400a0c <Derive::print() const>

对比图：

1.虚函数表指针

1.什么是虚函数表指针，他在哪里，有什么用？

我们把对象从首地址开始的4个字节或者是8个字节，这个位置我们称之为虚函数表指针（vptr），它里面包含一个地址指向的就是虚函数表（vftable）的地址。

2.虚函数表

1.什么是虚函数表，他又在哪里，有什么用？

虚函数表说白了就是里面是一组地址的数组（就是函数指针数组），他所在的位置就是虚函数表指针里面所存储的地址，它里面所包含的地址就是我们重写了父类的虚函数的地址（没有重写父类的虚函数那么默认的就是父类的函数地址）。

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