C++多态篇3——虚函数表详解之多继承、虚函数表的打印
来源:互联网 发布:大数据和网络工程 编辑:程序博客网 时间:2024/05/31 19:35
在上上一篇C++多态篇1一静态联编,动态联编、虚函数与虚函数表vtable中,我最后简单了剖析了一下虚函数表以及vptr。
而在上一篇文章C++多态篇2——虚函数表详解之从内存布局看函数重载,函数覆盖,函数隐藏中我详细介绍了虚函数的函数重载,函数覆盖以及函数隐藏的问题,其实在那一篇文章中,对单继承的虚函数已经做了十分详细的解答了,如果对前面有兴趣的人可以先看一下那篇文章。
在这一篇中,我会具体的分析一下在不同继承中(单继承,多继承)关于虚函数表在内存中的布局以及如何打印虚函数表。
一、虚函数表的打印
在前面的文章中我仅仅通过内存以及汇编代码中分析了虚函数表,现在我就再介绍一种查看虚函数表的方法, 即打印虚函数表
我们都知道如果类中一旦有了虚函数,那么编译器会自动给类中加四个字节的数据,这四个字节为指向虚函数表的指针,存放的是虚函数表在内存中的地址。
如果用代码表示即:
void* vftable_of_A[] = {A::v_fn, ...}; //A类的虚函数表class A { const void* vftable = vftable_of_A; //指向虚函数表的指针vftable virtual void v_fn() {}};void* vftable_of_B[] = {B::v_fn,...};//B类的虚函数表class B { const void *vftable = vftable_of_B; //指向B类虚函数表的指针vftable vritual void v_fn() {} };
其实上面的代码我们还需要注意两个问题:
1.为什么虚函数表指针的类型为void*?
答:上面vftable的类型之所以用void*表示,*实际上一个类中所有虚函数的地址都被放到这个表中,不同虚函数对应的函数指针类型不尽相同,所以这个表的类型无法确定,但是在机器级里都是入口地址,即一个32位的数字(32位系统),等到调用时,因为编译器预先知道了函数的参数类型,返回值等,可以自动做好处理。
2.为什么虚函数表前要加const?
答:因为虚函数表是一个常量表,在编译时,编译器会自动生成,并且不会改变,所以如果有多个B类的实例,每个实例中都会有一个vftable指针,但是它们指向的是同一个虚函数表。
那么我们如何才能打印虚函数表呢?
首先我们用上一篇用过的例子。
class Base{public: Base(int data = 1) :b(data) { cout << "Base()" << endl; } ~Base() { cout << "~Base()" << endl; } virtual void Test1() { cout << "Base::Test1()" << endl; } virtual void Test2() { cout << "Base::Test2()" << endl; } virtual void Test3() { cout << "Base::Test3()" << endl; } int b;};class Derive :public Base{public: Derive(int data = 2) :d(data) { cout << "Derive()" << endl; } ~Derive() { cout << "~Derive()" << endl; } void Test1() { cout << "Derive::Test1()" << endl; } void Test2() { cout << "Derive::Test2()" << endl; } int d;};
基类和派生类的定义如上:
那么我们再定义两个函数,分别用来打印基类虚函数表以及派生类虚函数表。
typedef void(*VTable)();//定义函数指针void PrintBase(Base &b){ VTable vtb = (VTable)(*((int *)*(int *)&b)); //vtb就是函数的地址 int i = 0; cout << "Vtable is " << endl; while (vtb != NULL) { cout << "NUM " << ++i << "Function " << endl; cout << "------->"; vtb(); vtb = (VTable)*(((int*)(*(int *)&b)) + i); //向后偏移四个字节 } cout << "End" << endl;}void PrintDerive(Derive &b){ VTable vtb = (VTable)(*((int *)*(int *)&b)); //vtb就是函数的地址 int i = 0; cout << "Vtable is " << endl; while (vtb != NULL) { cout << "NUM " << ++i << "Function " << endl; cout << "------->"; vtb(); vtb = (VTable)*(((int*)(*(int *)&b)) + i); //向后偏移四个字节 } cout << "End" << endl;}
在main函数中进行调用:
int main(){ Base b; Derive d; PrintBase(b); PrintDerive(d); return 0;}
打断点一步一步运行得到:
现在我对上面的代码进行一下解释:
首先我们要定义一个函数指针用来调用函数。
即:
typedef void(*VTable)();//定义函数指针
接着我们将基类对象b的首四个字节给vtb变量。
VTable vtb = (VTable)(*((int *)*(int *)&b));
这时vtb即为虚函数表中第一个函数的地址了。
后面我们进行调用,但因为每个函数的地址均为四个字节的,所以我们每次调用一个函数,给vtb偏移四个字节即可以取到下一个函数的地址了。
所以:
vtb();//先调用函数vtb = (VTable)*(((int*)(*(int *)&b)) + i);//再偏移四个字节
这样知道vtb指向的是NULL,即到了虚函数的结束部分,就跳出循环。
这样就可以打印出虚函数表的内容了。
派生类的虚函数表打印同理,因为虚函数表在派生类中存储的机制相同。只不过形参类型变了而已。
二、单继承
因为上一篇文章中我已经讲了很多关于单继承时虚函数表的问题,在这里我不再赘述很多基础的问题,如果对这里不熟悉的人可以去看我上一篇文章,在这里我举一个简单的例子说明一下在单继承时,虚函数表的内存布局。
class Base{public: Base(int data = 1) :b(data) { cout << "Base()" << endl; } ~Base() { cout << "~Base()" << endl; } virtual void Test1() { cout << "Base::Test1()" << endl; } virtual void Test2() { cout << "Base::Test2()" << endl; } virtual void Test3() { cout << "Base::Test3()" << endl; } int b;};class Derive :public Base{public: Derive(int data = 2) :d(data) { cout << "Derive()" << endl; } ~Derive() { cout << "~Derive()" << endl; } void Test1() { cout << "Derive::Test1()" << endl; } void Test2() { cout << "Derive::Test2()" << endl; } int d;};int main(){ Base b; b.Test1(); b.Test2(); b.Test3(); Derive d; d.Test1(); d.Test2(); d.Test3(); return 0;}
从代码可以看出在基类定义了三个虚函数,根据我们以前所说的知识,我们知道基类会生成一个虚函数表,那么派生类中我们定义了两个同名同参数的函数,为了让函数覆盖的现象更加明显,我特意没有将Test3()定义,那么我们现在看一下运行结果:
由结果可知,基类对象调用的是基类的函数。派生类对象调用的是什么呢?
我们进入内存中查看一下:
三、多继承
1.不带函数覆盖
先看一下下面的例子:
class Base1{public: Base1(int data = 1) :b1(data) { cout << "Base1()" << endl; } ~Base1() { cout << "~Base1()" << endl; } virtual void Test1() { cout << "Base1::Test1()" << endl; } virtual void Test2() { cout << "Base1::Test2()" << endl; } virtual void Test3() { cout << "Base1::Test3()" << endl; } int b1;};class Base2{public: Base2(int data = 2) :b2(data) { cout << "Base2()" << endl; } ~Base2() { cout << "~Base2()" << endl; } virtual void Test4() { cout << "Base2::Test4()" << endl; } virtual void Test5() { cout << "Base2::Test5()" << endl; } virtual void Test6() { cout << "Base2::Test6()" << endl; } int b2;};class Derive :public Base1,public Base2{public: Derive(int data = 3) :d(data) { cout << "Derive()" << endl; } ~Derive() { cout << "~Derive()" << endl; } int d;};
我们看一下这个多继承中派生类d的内存布局:
现在我们知道了内存布局,我们就可以打印出派生类的虚函数表了。
因为在多继承中有多个虚函数表,所以我们现在要改一下打印函数,下面的代码是我已经改过的。
void PrintDerive(Derive &b){ VTable vtb = (VTable)(*((int *)*(int *)&b)); //打印Derive中Base1的虚函数表 //vtb就是函数的地址 int i = 0; cout << "Vtable is " << endl; while (vtb != NULL) { cout << "NUM " << ++i << "Function " << endl; cout << "------->"; vtb(); vtb = (VTable)*(((int*)(*(int *)&b)) + i); //向后偏移四个字节 } cout << "End" << endl; /*************************/ //打印Derive中Base2的虚函数表 vtb = (VTable)(*((int *)*((int *)&b+2))); //vtb就是函数的地址 i = 0; cout << "Vtable is " << endl; while (vtb != NULL) { cout << "NUM " << ++i << "Function " << endl; cout << "------->"; vtb(); vtb = (VTable)*(((int*)(*((int *)&b+2))) + i); //向后偏移四个字节 } cout << "End" << endl;}
因为我们已经知道了派生类的内存布局,所以我们打印Base2的虚函数表的时候,改一下vtb的值即可,我现在以内存的角度剖析一下如何改变vtb的值。
我们将打印函数加入main函数中,打印出来的结果为:
2.带函数覆盖
下面我们再来看看带函数覆盖的多继承的情况:
class Base1{public: Base1(int data = 1) :b1(data) { cout << "Base1()" << endl; } ~Base1() { cout << "~Base1()" << endl; } virtual void Test1() { cout << "Base1::Test1()" << endl; } virtual void Test2() { cout << "Base1::Test2()" << endl; } virtual void Test3() { cout << "Base1::Test3()" << endl; } int b1;};class Base2{public: Base2(int data = 2) :b2(data) { cout << "Base2()" << endl; } ~Base2() { cout << "~Base2()" << endl; } virtual void Test1() { cout << "Base2::Test1()" << endl; } virtual void Test2() { cout << "Base2::Test2()" << endl; } virtual void Test3() { cout << "Base2::Test3()" << endl; } virtual void Test4() { cout << "Base2::Test4()" << endl; } virtual void Test5() { cout << "Base2::Test5()" << endl; } virtual void Test6() { cout << "Base2::Test6()" << endl; } int b2;};class Derive :public Base1,public Base2{public: Derive(int data = 3) :d(data) { cout << "Derive()" << endl; } ~Derive() { cout << "~Derive()" << endl; } void Test1() { cout << "Derive::Test1()" << endl; } void Test4() { cout << "Derive::Test4()" << endl; } int d;};typedef void(*VTable)();//定义函数指针void PrintDerive(Derive &b){ VTable vtb = (VTable)(*((int *)*(int *)&b)); //打印Derive中Base1的虚函数表 //vtb就是函数的地址 int i = 0; cout << "Vtable is " << endl; while (vtb != NULL) { cout << "NUM " << ++i << "Function " << endl; cout << "------->"; vtb(); vtb = (VTable)*(((int*)(*(int *)&b)) + i); //向后偏移四个字节 } cout << "End" << endl; /*************************/ //打印Derive中Base2的虚函数表 vtb = (VTable)(*((int *)*((int *)&b+2))); //vtb就是函数的地址 i = 0; cout << "Vtable is " << endl; while (vtb != NULL) { cout << "NUM " << ++i << "Function " << endl; cout << "------->"; vtb(); vtb = (VTable)*(((int*)(*((int *)&b+2))) + i); //向后偏移四个字节 } cout << "End" << endl;}int main(){ Derive d; PrintDerive(d); return 0;}
运行结果为:
由结果可以得到,Test1()不仅覆盖了Base1中的Test1()函数,也覆盖了Base2类中的Test1()函数。
现在关于单继承和多继承中虚函数表的问题,应该都解释的差不多啦,如果还有问题,欢迎留言提出~
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