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揭开C++类中虚表的“神秘面纱”
揭开C++类中虚表的“神秘面纱”
C++类中的虚表结构是C++对象模型中一个重要的知识点,这里咱们就来深入分析下虚表的在内存中的结构。
C++一个类中有虚函数的话就会有一个虚表指针,其指向对应的虚表,一般一个类只会有一个虚表,每个虚表有多个”插槽”,每个插槽存放一个虚函数的地址。插槽中的内容可以被覆盖,子类如果重写了父类中的虚函数,则插槽中对应位置的数据被覆盖。虚表存放的是虚函数地址,不管该虚函数是public还是private的。光文字说明不太形象,下面上一张虚表结构的示例图:
从图中看出,虚表指针确实是指向虚表结构的,这个虚表结构中有许多插槽,每个插槽都会指向一个虚函数。那么如何用程序来测试呢,请接着看:
1 #include <iostream> 2 #include <cstdio> 3 4 using namespace std; 5 6 class Base { 7 public: 8 virtual void test() { 9 cout << "Base.text()" << endl;10 }11 12 public:13 int a;14 };15 16 class Derived : public Base {17 public:18 virtual void test() {19 cout << "Derived.test()" << endl;20 }21 22 public:23 int b;24 };25 26 typedef void (*PFunc)();27 28 int main() {29 Derived derived;30 PFunc ptest; // 函数指针31 32 // 输出derived及其成员a/b的地址33 printf("derived: %p\n", &derived);34 printf("derived.a: %p\n", &(derived.a));35 printf("derived.b: %p\n", &(derived.b));36 37 // 提取出test虚函数地址38 int *p = (int *)*(int *)(&derived);39 ptest = (PFunc)*p;40 ptest();41 42 return 0;43 }
输出结果:
注意,程序是在Centos 7 64位系统下进行测试的。程序中直接提取出test虚函数地址,然后进行调用,发现调用的确实是Derived.test函数,这也说明了虚表结构的内存布局。
关于虚表几个有意思的问题
虚表指针什么时候赋值的?
1 #include <iostream> 2 3 using namespace std; 4 5 class Base 6 { 7 public: 8 Base() { 9 cout << "Base()" << endl;10 show();11 int *p = &b;12 cout << "Base::b: " << p << endl;13 p = (int *)((char *)p - 8);14 cout << "Base::vptr: " << *p << endl;15 // Base中虚函数地址16 cout << "*Base::vptr: " << *(int *)*p << endl;17 cout << endl;18 }19 20 virtual void show() {21 cout << "Base::show()" << endl;22 }23 public:24 int b;25 };26 class Derived : public Base27 {28 public:29 Derived()30 {31 cout << "Derived()" << endl;32 show();33 int *p = &b;34 cout << "Derived::b: " << p << endl;35 p = (int *)((char *)p - 8);36 cout << "Derived::vptr: " << *p << endl;37 // Derived中虚函数地址38 cout << "*Derived::vptr: " << *(int *)*p << endl;39 cout << endl;40 }41 virtual void show() {42 cout << "Derived::show()" << endl;43 }44 private:45 int d;46 };47 48 int main(int argc, char **argv)49 {50 Base base;51 Derived derived;52 53 return 0;54 }
输出结果为:
从输出结果中可以得出,子类在构造过程中虚表指针会被赋值2次。初始化如下:
基类静态成员 – 子类静态成员 – (设置v_ptr/基类成员变量 ) –基类构造函数 – (设置v_ptr/子类成员变量) – 子类构造函数
在类的析构函数中是否对虚表指针进行赋值操作呢?
在子类的析构函数中,会把虚表指针设置为指向父类中的虚函数地址,这样在父类的析构函数中调用虚函数实际上调用的是父类的虚函数,不过一般不这样做。如何进行测试呢,按照上个问题的测试代码,然后稍微改动一下就可以测试了。
参考:
1、深入理解C++对象模型
2、《深度探索C++对象模型》
揭开C++类中虚表的“神秘面纱”