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详解C++虚函数表的构成和作用
2023-07-11 10:33:33 深夜i     --     --
C++ 虚函数表 构成 作用 详解

C++中的虚函数表是实现面向对象编程中的多态特性的重要机制之一,其作用是为派生类提供和基类相同的函数接口,同时维护着完整的函数调用关系,保证了在运行时能够正确地调用到派生类中重写的函数。虚函数表是由编译器自动构建的,这篇文章将详细解释其构成和作用。

一、虚函数和虚函数表的概念

在C++中,虚函数是通过使用关键字virtual在基类中声明的函数,其定义如下:

virtual 返回类型 函数名 (参数列表);

这样定义的虚函数可以在派生类中被重写,派生类中定义的同名函数将覆盖基类中的虚函数。为了让这种多态特性在运行时实现,编译器会在基类和每个派生类中构建虚函数表。

虚函数表是一个指向虚函数的指针数组,它的每个元素对应着一个虚函数,在基类和派生类中都有自己的虚表。在基类中,该虚表保存的是基类自身的虚函数地址,而在派生类中,该虚表则包含了基类的虚函数地址和派生类自身的虚函数地址。这就是C++中多态的实现机制。

二、虚函数表的构成

虚函数表是由编译器自动构建的,其构成如下:

1. 虚函数指针表:虚函数表的第一个元素是一个指向虚函数指针表的指针。该表保存的是该类中虚函数的地址。这个表是所有虚函数表的最开头,通过该表可以访问到类的虚函数表。

2. 类信息:该表中保存的是一些类的元信息,如类名称、基类名称、类的大小、类的类型等等,通过这些信息可以实现RTTI运行时类型信息,既可以获取类的类型信息,也可以根据类的类型信息调用相应的虚函数。

3. 虚函数地址表:每个虚函数都有一个对应的虚函数地址,这些地址被保存在虚函数地址表中,该表中的元素对应类中虚函数的数量。

虚函数表中的元素都是函数指针,指向类中的虚函数。

三、虚函数表的作用

C++中的虚函数表是实现多态的重要机制。在运行时,程序会根据对象的实际类型调用相应的虚函数,而不是根据对象的指针类型。这就是多态的实现原理。

通过虚函数表,我们可以实现基类和派生类之间的多态特性。基类中定义的虚函数可以被派生类重写,派生类中定义的同名函数将覆盖基类中的虚函数。在程序运行过程中,虚函数表中指向基类虚函数的指针会被替换成指向派生类虚函数的指针,实现了动态绑定的多态。

虚函数表还可以通过不同的方式来使用。例如,我们可以通过虚函数表来调用非虚函数。实际上,非虚函数也可以存在于虚函数表中,只需把该函数的函数指针放在虚函数表中即可。

总之,虚函数表是C++多态特性的重要实现机制之一,它通过维护函数调用关系,在运行时正确地调用派生类中重写的函数,保证了程序正确地实现多态。

  
  

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