多态的实现原理分析

当类里有一个函数被声明成虚函数后，创建这个类的对象的时候，就会自动加入一个__vfptr的指针，

__vfptr维护虚函数列表。如果有三个虚函数，则__vfptr指向的是第一个虚函数，

__vfptr+1指向的是第二个虚函数，__vfptr+2指向的是第三个虚函数。

当子类覆盖了父类的虚函数后，__vfptr+n就不是指向父类的虚函数了，而是指向的子类的函数。

所以当我们用父类的指针或者引用去调用被覆盖的虚函数时，才能够调用到子类的函数。

1.成员函数加上virtual修饰后，sizeof（类）的数字变大，即使有多个成员函数声明成虚函数，sizeof（类）的数字不会再变大。

加了virtual后，用GDB调试的时候，发现对象b下多了个_vptr

#include <iostream>

using namespace std;

class Base{

public:

  Base() : x(0){

  }

  ~Base(){

  }

  virtual void show(){

    cout << "Base show" << endl;

  }

private:

  int x;

};

int main(){

  cout << sizeof(Base) << endl;//16

  Base b;

}

没加virtual的效果：

#include <iostream>

using namespace std;

class Base{

public:

  Base() : x(0){

  }

  ~Base(){

  }

  void show(){

    cout << "Base show" << endl;

  }

private:

  int x;

};

int main(){

  cout << sizeof(Base) << endl;//4

  Base b;

}

2.声明了虚拟函数后，系统会自动维护一个指针_vptr，指向虚函数列表。

多态是通过虚函数列表实现的。

#include <iostream>

using namespace std;

class Base{

public:

  Base() : x(0){

  }

  ~Base(){

  }

  virtual void show(){

    cout << "Base show" << endl;

  }

  virtual void print(){

    cout << "Base print" << endl;

  }

  void fun(){

    cout << "Base fun" << endl;

  }

private:

  int x;

};

class D : public Base{

public:

  D() : y(0){

  }

  ~D(){

  }

  void show(){

    cout << "D show" << endl;

  }

  void fun(){

    cout << "D fun" << endl;

  }

  virtual void list(){

    cout << "D list" << endl;

  }

private:

  int y;

};

int main(){

  D d;

  d.fun();//调用子类的fun方法，父类的fun方法被隐藏了

  Base *pb = &d;

  pb->show();//调用子类的show方法，多态（覆盖）

  pb->fun();//调用父类的fun方法

  Base &fb = d;

  fb.show();//用子类的show方法，多态（覆盖）

  fb.fun();//调用父类的fun方法

}

3.虚函数表

3.1 单继承，无覆盖
#include <iostream>

using namespace std;

class Base{

public:

  virtual void f(){}

  virtual void g(){}

  virtual void h(){}

};

class D : public Base{

  virtual void f1(){}

  virtual void g1(){}

  virtual void h1(){}

};

int main(){

  D d;

}

用GDB查看函数指针的方法：x/a 内存地址。查看下一个函数指针：x/a 内存地址+8

gdb的分析结果：

18	  D d;

(gdb) n

(gdb) p d

$2 = {<Base> = {_vptr.Base = 0x555555755d48 <vtable for D+16>}, <No data fields>}

(gdb) x/a 0x555555755d48

$3 = (long *) 0x555555554a06 <Base::f()>//虚函数表第1个地址

(gdb) x/a 0x555555755d48+8

$4 = (long *) 0x555555554a12 <Base::g()>//虚函数表第2个地址

(gdb) x/a 0x555555755d48+16

$5 = (long *) 0x555555554a1e <Base::h()>//虚函数表第3个地址

(gdb) x/a 0x555555755d48+24

$6 = (long *) 0x555555554a2a <D::f1()>//虚函数表第4个地址

(gdb) x/a 0x555555755d48+32

$7 = (long *) 0x555555554a36 <D::g1()>//虚函数表第5个地址

(gdb) x/a 0x555555755d48+40

$8 = (long *) 0x555555554a42 <D::h1()>//虚函数表第6个地址

(gdb) x/a 0x555555755d48+48

$9 = (long *) 0x7ffff7dc7438 <vtable for __cxxabiv1::__si_class_type_info+16>
3.2 单继承，覆盖
#include <iostream>

using namespace std;

class Base{

public:

  virtual void f(){}

  virtual void g(){}

  virtual void h(){}

};

class D : public Base{

  virtual void f(){}

  virtual void g1(){}

  virtual void h1(){}

};

int main(){

  D d;

}

gdb的分析结果：

18	  D d;

(gdb) n

(gdb) p d

$1 = {<Base> = {_vptr.Base = 0x555555755d50 <vtable for D+16>}, <No data fields>}

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755d50)

$2 = (long *) 0x555555554a0e <D::f()>//虚函数表第1个地址(变成了子类的f())

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755d50+1)

$3 = (long *) 0x5555555549f6 <Base::g()>//虚函数表第2个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755d50+2)

$4 = (long *) 0x555555554a02 <Base::h()>//虚函数表第3个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755d50+3)

$5 = (long *) 0x555555554a1a <D::g1()>//虚函数表第4个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755d50+4)

$6 = (long *) 0x555555554a26 <D::h1()>//虚函数表第5个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755d50+5)

$7 = (long *) 0x7ffff7dc7438 <vtable for __cxxabiv1::__si_class_type_info+16>
3.3 多继承，不覆盖
#include <iostream>

using namespace std;

class Base{

public:

  virtual void f(){}

  virtual void g(){}

  virtual void h(){}

};

class Base1{

public:

  virtual void f(){}

  virtual void g(){}

  virtual void h(){}

};

class Base2{

public:

  virtual void f(){}

  virtual void g(){}

  virtual void h(){}

};

class D : public Base,public Base1,public Base2{

  virtual void f1(){}

  virtual void g1(){}

  virtual void h1(){}

};

int main(){

  D d;

}

gdb的分析结果：

29	  D d;

(gdb) n

(gdb) p d

$1 = {<Base> = {_vptr.Base = 0x555555755ca8 <vtable for D+16>}, <Base1> = {

    _vptr.Base1 = 0x555555755ce8 <vtable for D+80>}, <Base2> = {

    _vptr.Base2 = 0x555555755d10 <vtable for D+120>}, <No data fields>}

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755ca8)

$3 = (long *) 0x555555554b6c <Base::f()>//虚函数表(Base)第1个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755ca8+1)

$4 = (long *) 0x555555554b78 <Base::g()>//虚函数表(Base)第2个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755ca8+2)

$5 = (long *) 0x555555554b84 <Base::h()>//虚函数表(Base)第3个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755ca8+3)

$6 = (long *) 0x555555554bd8 <D::f1()>//虚函数表(Base)第4个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755ca8+4)

$7 = (long *) 0x555555554be4 <D::g1()>//虚函数表(Base)第5个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755ca8+5)

$8 = (long *) 0x555555554bf0 <D::h1()>//虚函数表(Base)第6个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755ca8+6)

$9 = (long *) 0xfffffffffffffff8

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755ce8)

$10 = (long *) 0x555555554b90 <Base1::f()>//虚函数表(Base1)第1个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755ce8+1)

$11 = (long *) 0x555555554b9c <Base1::g()>//虚函数表(Base1)第2个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755ce8+2)

$12 = (long *) 0x555555554ba8 <Base1::h()>//虚函数表(Base1)第3个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755ce8+3)

$13 = (long *) 0xfffffffffffffff0

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755d10)

$14 = (long *) 0x555555554bb4 <Base2::f()>//虚函数表(Base2)第1个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755d10+1)

$15 = (long *) 0x555555554bc0 <Base2::g()>//虚函数表(Base2)第2个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755d10+2)

$16 = (long *) 0x555555554bcc <Base2::h()>//虚函数表(Base2)第3个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755d10+3)

$17 = (long *) 0x7ffff7dc74f8 <vtable for __cxxabiv1::__vmi_class_type_info+16>
3.4 多继承，覆盖
#include <iostream>

using namespace std;

class Base{

public:

  virtual void f(){}

  virtual void g(){}

  virtual void h(){}

};

class Base1{

public:

  virtual void f(){}

  virtual void g(){}

  virtual void h(){}

};

class Base2{

public:

  virtual void f(){}

  virtual void g(){}

  virtual void h(){}

};

class D : public Base,public Base1,public Base2{

  virtual void f(){}

  virtual void g1(){}

  virtual void h1(){}

};

int main(){

  D d;

}

gdb的分析结果：

29	  D d;

(gdb) n

(gdb) p d

$1 = {<Base> = {_vptr.Base = 0x555555755cb0 <vtable for D+16>}, <Base1> = {

    _vptr.Base1 = 0x555555755ce8 <vtable for D+72>}, <Base2> = {

    _vptr.Base2 = 0x555555755d10 <vtable for D+112>}, <No data fields>}

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755cb0)

$2 = (long *) 0x555555554ba4 <D::f()>//虚函数表(Base)第1个地址(变成了子类的f())

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755cb0+1)

$3 = (long *) 0x555555554b5c <Base::g()>//虚函数表(Base)第2个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755cb0+2)

$4 = (long *) 0x555555554b68 <Base::h()>//虚函数表(Base)第3个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755cb0+3)

$5 = (long *) 0x555555554bbc <D::g1()>//虚函数表(Base)第4个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755cb0+4)

$6 = (long *) 0x555555554bc8 <D::h1()>//虚函数表(Base)第5个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755cb0+5)

$7 = (long *) 0xfffffffffffffff8

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755ce8)

$8 = (long *) 0x555555554bb5 <non-virtual thunk to D::f()>//虚函数表(Base1)第1个地址(变成了子类的f())

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755ce8+1)

$9 = (long *) 0x555555554b74 <Base1::g()>//虚函数表(Base1)第2个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755ce8+2)

$10 = (long *) 0x555555554b80 <Base1::h()>//虚函数表(Base1)第3个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755ce8+3)

$11 = (long *) 0xfffffffffffffff0

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755d10)

$12 = (long *) 0x555555554baf <non-virtual thunk to D::f()>//虚函数表(Base2)第1个地址(变成了子类的f())

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755d10+1)

$13 = (long *) 0x555555554b8c <Base2::g()>//虚函数表(Base2)第2个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755d10+2)

$14 = (long *) 0x555555554b98 <Base2::h()>//虚函数表(Base2)第3个地址

(gdb) p (long*)*((long*)0x555555755d10+3)

$15 = (long *) 0x7ffff7dc74f8 <vtable for __cxxabiv1::__vmi_class_type_info+16>

c/c++ 多态的实现原理分析的更多相关文章

  1. 从虚拟机指令执行的角度分析JAVA中多态的实现原理

    从虚拟机指令执行的角度分析JAVA中多态的实现原理 前几天突然被一个"家伙"问了几个问题,其中一个是:JAVA中的多态的实现原理是什么? 我一想,这肯定不是从语法的角度来阐释多态吧 ...

  2. 【C#多态】as 类型检测（原理分析） ---用于多态检

    as(OpCodes.Castclass)功能:测试对象引用(O 类型)是否为特定类的实例.相当于:expression is type ? (type)expression : (type)null ...

  3. C++学习笔记-多态的实现原理

    深入了解多态的实现原理,有助于提高对于多态的认识 多态基础 多态的实现效果 多态:同样的调用语句有多种不同的表现形态 多态实现的三个条件 有继承.有virtual重写.有父类指针(引用)指向子类对象 ...

  4. AIDL原理分析

    季春初始,天气返暖,新冠渐去,正值学习好时机.在Android系统中,AIDL一直在Framework和应用层上扮演着很重要的角色,今日且将其原理简单分析.(文2020.03.30) 一.开篇介绍 1 ...

  5. Handler系列之原理分析

    上一节我们讲解了Handler的基本使用方法,也是平时大家用到的最多的使用方式.那么本节让我们来学习一下Handler的工作原理吧!!! 我们知道Android中我们只能在ui线程(主线程)更新ui信 ...

  6. Java NIO使用及原理分析（1-4）（转）

    转载的原文章也找不到!从以下博客中找到http://blog.csdn.net/wuxianglong/article/details/6604817 转载自:李会军•宁静致远 最近由于工作关系要做一 ...

  7. 原子类java.util.concurrent.atomic.*原理分析

    原子类java.util.concurrent.atomic.*原理分析 在并发编程下,原子操作类的应用可以说是无处不在的.为解决线程安全的读写提供了很大的便利. 原子类保证原子的两个关键的点就是:可 ...

  8. c++编译器对多态的实现原理总结

    问题:定义一个空的类型,里面没有任何的成员变量或者成员函数,对这个类型进行 sizeof 运算,结果是? 结果是1,因为空类型的实例不包含任何信息,按道理 sizeof 计算之后结果是0,但是在声明任 ...

  9. Android中Input型输入设备驱动原理分析(一)

    转自:http://blog.csdn.net/eilianlau/article/details/6969361 话说Android中Event输入设备驱动原理分析还不如说Linux输入子系统呢,反 ...

随机推荐

  1. 【MySQL经典案例分析】 Waiting for table metadata lock

    本文由云+社区发表 一. 问题是这样来的 ​ 2018年某个周末,接到连续数据库的告警,告警信息如下: 二. 苦逼的探索过程 1.总体的思路 看到too many connection的报错信息,基本 ...

  2. SecureCRT 设置彩色和显示中文

    1.设置Options->SessionOptions->Emulation,然后把Terminal类型改成xterm,并点中ANSI Color复选框.

  3. 流式大数据计算实践（2）----Hadoop集群和Zookeeper

    一.前言 1.上一文搭建好了Hadoop单机模式,这一文继续搭建Hadoop集群 二.搭建Hadoop集群 1.根据上文的流程得到两台单机模式的机器,并保证两台单机模式正常启动,记得第二台机器core ...

  4. HBase的java客户端测试(二)---DML操作

    测试准备 [首先同步时间:] for node in CloudDeskTop master01 master02 slave01 slave02 slave03;do ssh $node " ...

  5. JS脚本获取URL参数并调用

    首先增加一个脚本库,可以是Zepto或者jQuery的,然后获取之后使用switch进行分流处理 <script type="text/javascript" src=&qu ...

  6. 《C#并发编程经典实例》学习笔记-进程(process)和线程(thread)

    本文主要参考自孙钟秀主编的<操作系统教程>一书中关于进程和线程的部分. 进程 为什么引入进程? 一,刻画系统动态性,发挥系统并发性,提高资源利用率. 以C#为例,在编辑器Visual St ...

  7. HTML+CSS基础（2）-HTML标签的简单介绍和网页注释

    标签的语法和基本规则 1.语法"<xxx></xxx>",英文的"<>"将标签括起来,如例1. <!--例1--> ...

  8. Startup在不同环境中的处理

    ASP.NET Core引进了在多种环境中对控制应用程序行为的进一步支持,例如开发环境(Development Environment).预发布环境(Staging Environment),和生产环 ...

  9. MyBatis进阶使用——动态SQL

    MyBatis的强大特性之一就是它的动态SQL.如果你有使用JDBC或者其他类似框架的经验,你一定会体会到根据不同条件拼接SQL语句的痛苦.然而利用动态SQL这一特性可以彻底摆脱这一痛苦 MyBati ...

  10. 2，使用javascript

    1, <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.o ...