自上一个帖子之间跳过了一篇总结性的帖子,之后再发,今天主要研究了c++语言当中虚函数对多态的实现,感叹于c++设计者的精妙绝伦

c++中虚函数表的作用主要是实现了多态的机制。首先先解释一下多态的概念,多态是c++的特点之一,关于多态,简而言之就是 用父类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,这种方法呢,可以让父类的指针具有多种形态,也就是说不需要改动很多的代码就可以让父类这一种指针,干一些很多子类指针的事情,这里是从虚函数的实现机制层面进行研究

在写这篇帖子之前对于相关的文章进行了查阅,基本上是大段的文字,所以我的这一篇可能会用大量的图形进行赘述(如果理解有误的地方,烦请大佬能够指出),接下来就言归正传:

首先介绍一下为什么会引进多态呢,基于c++的复用性和拓展性而言,同类的程序模块进行大量重复,是一件无法容忍的事情,比如我设置了苹果,香蕉,西瓜类,现在想把这些东西都装到碗这个函数里,那么在主函数当中,声明对象是必须的,但是每一次装进碗里对于水果来说,都要用自己的指针调用一次装的功能,那为什么不把这些类抽象成一个水果类呢,直接定义一个水果类的指针一次性调用所有水果装的功能呢,这个就是利用父类指针去调用子类成员,但是这个思想受到了指针指向类型的限制,也就是说表面指针指向了子类成员,但实际上还是只能调用子类成员里的父类成员,这样的思想就变的毫无意义了,如果想要解决这个问题,只要在父类前加上virtual就可以解决了,这里就是利用虚函数实现多态的实例。

首先还是作为举例来两个类,在之前基础知识的帖子中提到过,空类的大小是一个字节(占位符),函数,静态变量都在编译期就形成了,不用类去分配空间,但是做一个小实验,看一看在定义了虚函数之后,类的大小是多少呢

 #include<iostream>
using namespace std;
class CFather
{
public:
virtual void AA()  //虚函数标识符
{
cout << "CFather :: AA()" << endl;
}
void BB()
{
cout << "CFather :: BB()" << endl;
}
};
class CSon : public CFather
{
public:
void AA()
{
cout << "CSon :: AA()" << endl;
}
void BB()
{
cout << "CSon :: BB()" << endl;
}
};
int main()
{
cout << sizeof(CFather) << endl;       //测试加了虚函数的类 system("pause");
return ;
}

很明显类里装了一个 4个字节的东西,除了整形int,就是指针了,没错这里装的就是函数指针

先把这个代码,给抽象成图形进行理解,在这CFather为A,CSon为B

此时就是一个单纯的继承的情况,不存在虚函数,然后我new一个对象,A *p = new A;那么 p -> AA(),必然是指向A类中的AA()函数,那么函数的调用有两种方式 一种函数名加()直接调用,一种是利用函数指针进行调用,在这里我想要调用子类的,就可以利用函数指针进行调用,假设出来两个函数指针,来指向B类中的两个成员函数,如果我父类想要调用子类成员,就可以通过 p指针去调用函数指针,再通过函数指针去调用成员函数

每一个函数都可以用一个函数指针去指着,那么每一类中的函数指针都可以形成自己的一个表,这个就叫做虚函数表

那么在创建对象后,为什么类中会有四个字节的内存空间呢?

在C++的标准规格说明书中说到,编译器必需要保证虚函数表的指针存在于对象中最前面的位置(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。也就是说这四个字节的指针,代替了上图中(p->*pfn)()的作用,指向了函数指针,也就是说,在使用了虚函数的父类成员函数,虽然写的还是p->AA(),实际上却是,(p->*(vfptr[0])),而指向哪个虚函数表就由,创建的对象来决定

至此,就能理解如何用虚函数这个机制来实现多态的了

下面,我将分别说明“无覆盖”和“有覆盖”时的虚函数表的样子。没有覆盖父类的虚函数是毫无意义的。我之所以要讲述没有覆盖的情况,主要目的是为了给一个对比。在比较之下,我们可以更加清楚地知道其内部的具体实现。

无虚数覆盖

下面,再让我们来看看继承时的虚函数表是什么样的。假设有如下所示的一个继承关系:

请注意,在这个继承关系中,子类没有重载任何父类的函数。那么,在派生类的实例中,Derive d; 的虚函表:

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。

有虚数覆盖

覆盖父类的虚函数是很显然的事情,不然,虚函数就变得毫无意义。下面,我们来看一下,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继承关系。

为了让大家看到被继承过后的效果,在这个类的设计中,我只覆盖了父类的一个函数:f()。那么,对于派生类的实例,其虚函数表会是下面的一个样子:

我们从表中可以看到下面几点,

1)覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。

2)没有被覆盖的函数依旧。

这样,我们就可以看到对于下面这样的程序,

Base *b = new Derive();

b->f();

由b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被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。这就实现了多态。

2019-05-28 00:15:30 编程小菜鸟自我反思,今天图画的太丑了,大家多多担待,如果技术上有什么偏差,大家可以踊跃批评我,谢谢!!!

/*==========================================================手动分割线================================================*/

感谢@奕韵风华提出的问题,现在将多继承的虚函数实现多态的情况讨论一下,另再加上从代码层面上对这个机制有更深的理解

讨论多继承还是从有无虚函数覆盖的情况来开始

无虚函数覆盖

假设有下面这样一个类的继承关系。注意:子类并没有覆盖父类的函数。

对于子类实例中的虚函数表,是下面这个样子:

我们可以看到:

1)  每个父类都有自己的虚表。

2)  子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。(所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的)

这样做就是为了解决不同的父类类型的指针指向同一个子类实例,而能够调用到实际的函数。

有虚函数覆盖

下图中,我们在子类中覆盖了父类的f()函数。

下面是对于子类实例中的虚函数表的图:

我们可以看见,三个父类虚函数表中的f()的位置被替换成了子类的函数指针。这样,我们就可以任一静态类型的父类来指向子类,并调用子类的f()了。比如

  Derive d;

   Base1 *b1 = &d;

   Base2 *b2 = &d;

   Base3 *b3 = &d;

   b1->f(); //Derive::f()

   b2->f(); //Derive::f()

   b3->f(); //Derive::f()

   b1->g(); //Base1::g()

   b2->g(); //Base2::g()

   b3->g(); //Base3::g()

以上就是对多继承情况的一种讨论

那么再看看如何在代码的层面上来验证原理呢?

首先在主函数内声明了一个父类的指针,指向子类对象,那么这个对这个父类指针解引用的话,就能得到一个vfptr指针,和父类,子类对象,但是现在我只需要指向虚函数的指针,那么就可以定义指针只取前四个字节,利用强转,*(int *)p 这个得到了vfptr的地址,那么继续想要获得虚函数表中的虚函数,就是再次解引用了,但是如何进行偏移呢?在整形,浮点型里,指针的偏移量都是指针指向类型所觉得的,而这里是个函数指针,函数指针不允许利用指针指向类型来进行偏移量的取值,因为函数的类型大小是不确定的,但是我们知道,虚函数表里都是函数指针,指针的大小是确定的都是四个字节,那还可以继续利用强转,控制指针每次偏移四个字节,那么这个时候再进行解引用就是我们所取得函数的地址了,如果语言太赘述的话,可以看下面的例子

 //--------------------------------------------------
#include <iostream>
using namespace std; class CFather
{
public:
virtual void AA()
{
cout << "CFather::AA" << endl;
}
virtual void BB()
{
cout << "CFather::BB" << endl;
}
virtual void CC()
{
cout << "CFather::BB" << endl;
}
void DD()
{
cout << "CFather::DD" << endl;
}
}; class CSon:public CFather
{
public:
virtual void AA()
{
cout << "CSon::AA" << endl;
}
virtual void BB()
{
cout << "CSon::BB" << endl;
}
void DD()
{
cout << "CSon::DD" << endl;
}
virtual void EE()
{
cout << "CSon::EE" << endl;
}
}; int main()
{ typedef void (*PFUN)(); cout << sizeof(CFather) << endl;
CFather* p = new CSon;
PFUN aa = (PFUN)*((int*)*(int*)p+);
PFUN bb = (PFUN)*((int*)*(int*)p+);
PFUN cc = (PFUN)*((int*)*(int*)p+);
PFUN dd = (PFUN)*((int*)*(int*)p+);
PFUN ee = (PFUN)*((int*)*(int*)p+); system("pause");
return ;
}

通过监视就能直接看到(因为vs编译器不允许,利用父类指针直接使用虚函数不覆盖情况下的子类成员函数,利用这个方法也可以查看子类虚函数)

验证了我上面叙述的原理,首先父类中先 生成了虚函数表,再继承到子类当中,如果子类中有重载的函数,直接重写,没有的话直接添加

2019-05-29 14:07:19 编程小菜鸟自我反思,大佬可以提出自己的建议和意见,谢谢!!!

c++语言虚函数实现多态的原理(更新版)的更多相关文章

  1. C++虚函数与多态

    C++多态性是通过虚函数来实现的,虚函数允许子类重新定义成员函数,而子类重新定义父类的做法称为覆盖(override),或者称为重写.(这里我觉得要补充,重写的话可以有两种,直接重写成员函数和重写虚函 ...

  2. 你好,C++(37)上车的人请买票!6.3.3 用虚函数实现多态

    6.3.3  用虚函数实现多态 在理解了面向对象的继承机制之后,我们知道了在大多数情况下派生类是基类的“一种”,就像“学生”是“人”类中的一种一样.既然“学生”是“人”的一种,那么在使用“人”这个概念 ...

  3. C++虚函数实现多态原理(转载)

    一.前言 C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制.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.这种技术可以让父类的指针有"多种形态 ...

  4. 【高级】C++中虚函数机制的实现原理

    多态是C++中的一个重要特性,而虚函数却是实现多态的基石.所谓多态,就是基类的引用或者指针可以根据其实际指向的子类类型而表现出不同的功能.这篇文章讨论这种功能的实现原理,注意这里并不以某个具体的编译器 ...

  5. C++之虚函数和多态

    干货较多-需要自己深思理解: C++支持两种多态性: 1.编译时多态性(静态绑定-早绑定) 在程序编译阶段即可以确定下来的多态性 通过使用 重载机制(重载函数)实现 (模板)http://blog.c ...

  6. 从零开始学C++之虚函数与多态(一):虚函数表指针、虚析构函数、object slicing与虚函数

    一.多态 多态性是面向对象程序设计的重要特征之一. 多态性是指发出同样的消息被不同类型的对象接收时有可能导致完全不同的行为. 多态的实现: 函数重载 运算符重载 模板 虚函数 (1).静态绑定与动态绑 ...

  7. 从零开始学C++之虚函数与多态(二):纯虚函数、抽象类、虚析构函数

    一.纯虚函数 虚函数是实现多态性的前提 需要在基类中定义共同的接口 接口要定义为虚函数 如果基类的接口没办法实现怎么办? 如形状类Shape 解决方法 将这些接口定义为纯虚函数 在基类中不能给出有意义 ...

  8. C++中的重载,隐藏,覆盖,虚函数,多态浅析

    直到今日,才发现自己对重载的认识长时间以来都是错误的.幸亏现在得以纠正,真的是恐怖万分,雷人至极.一直以来,我认为重载可以发生在基类和派生类之间,例如: class A { public: void ...

  9. C++面向对象编程之虚函数与多态和继承和复合下的构造和析构

    1.对于非虚函数,是不希望派生类对该函数重新定义: 对于virtual函数,在父类已经有默认定义后,并希望子类重新定义它: 对于pure virtual函数,父类没有默认定义,派生类必须要重新定义它: ...

随机推荐

  1. java中如何判断一个字符串是否包含另外一个字符串的方法

    indexOf(String s)的使用,如果包含,返回的值是包含该子字符串在父类字符串中起始位置: 如果不包含必定全部返回值为-1 package my_automation; public cla ...

  2. 第5模块闯关CSS练习题

    1.列举你知道的css选择器? 说道css选择器,大家都知道有许多种,但是真要你去掰着手指头数一数的话,你可能需要数几分钟.其实这么多选择器,完全可以分为两类: 标签选择器(*是特殊情况),可但标签, ...

  3. TCP/IP网络编程之基于TCP的服务端/客户端(二)

    回声客户端问题 上一章TCP/IP网络编程之基于TCP的服务端/客户端(一)中,我们解释了回声客户端所存在的问题,那么单单是客户端的问题,服务端没有任何问题?是的,服务端没有问题,现在先让我们回顾下服 ...

  4. Nodejs-文件系统操作

    1.相关模块 2.同步调用和异步调用 注意:他们的捕获异常的方式不一样 写入文件 语法 以下为异步模式下写入文件的语法格式: fs.writeFile(filename, data[, options ...

  5. package.json文件特殊符号含义

    package.json文件里的^和~表示什么意思呢 In the simplest terms, the tilde matches the most recent minor version (t ...

  6. Creating Hyperv Agent Installer

    Creating Hyperv Agent Installer   Skip to end of metadata   Created by Anshul Gangwar, last modified ...

  7. Oracle数据库迁移--->从Windows到Linux

    I did a practice to migrate the oracle database from windows to linux operation system. The followin ...

  8. IOS开发---菜鸟学习之路--(五)-MacBook购买前后感想

    前几天刚入手了一台MACBOOK AIR 13寸 13版的 这几天使用过来个人感觉还是非常不错的. 这几天每天晚上都抱着她玩到十一.二点. 今天晚上突然想起来好久没续写博客了.就连忙开始码字了. 此章 ...

  9. MFC定时关机程序的实现1

    写个定时关机程序自用,界面简单实用,最终界面如下 第一步,新建一个MFC对话框应用程序,拖几个控件过来, 界面如下: 然后给下拉列表框,复选按钮绑定变量,以方便进行操作. CComboBox m_co ...

  10. Leetcode 565.数组嵌套

    数组嵌套 索引从0开始长度为N的数组A,包含0到N - 1的所有整数.找到并返回最大的集合S,S[i] = {A[i], A[A[i]], A[A[A[i]]], ... }且遵守以下的规则. 假设选 ...