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C 虛函數(shù)探索

C 是一門面向?qū)ο笳Z言，在C 里運(yùn)行時(shí)多態(tài)是由虛函數(shù)和純虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在我們看下在C 中如何用虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)多態(tài)。先來看一段代碼。

// virtual_function.cpp : 此文件包含 "main" 函數(shù)。程序執(zhí)行將在此處開始并結(jié)束。
//

#include?

class?Base?{
public:
????Base() {
????????std::cout?<< "Base::constructor run"?<< std::endl;
????}

????virtual?void?fun1()?{
????????std::cout?<< "Base::fun1 run"?<< std::endl;
????}

????virtual?void?fun2()?{
????????std::cout?<< "Base::fun2 run"?<< std::endl;
????}

????virtual?~Base() {
????????std::cout?<< "Base::desconstructor run"?<< std::endl;
????}
};

class?Derive?:?public?Base {
public:
????Derive() {
????????std::cout?<< "Derive::constructor run"?<< std::endl;
????}

????void?fun1()?{
????????std::cout?<< "Derive::fun1 run"?<< std::endl;
????}

????void?fun3()?{
????????std::cout?<< "Derive::fun3 run"?<< std::endl;
????}

????~Derive() {
????????std::cout?<< "Derive::desconstructor run"?<< std::endl;
????}
};

int?main()
{
????Derive* d = new?Derive();

????d->fun1();
????d->fun2();
????d->fun3();

????delete?d;
}這段代碼編譯運(yùn)行后輸出了：

Base::constructor run
Derive::constructor run
Derive::fun1 run
Base::fun2 run
Derive::fun3 run
Derive::desconstructor run
Base::desconstructor run這段代碼里基類Base定義了虛函數(shù)fun1和fun2，派生類Derive有成員函數(shù)fun1和fun3，其中派生類覆蓋了繼承而來的基類虛函數(shù)fun1。在主函數(shù)里創(chuàng)建Derive類型對象指針d指向Derive類型對象。由于派生類Derive成員函數(shù)fun1覆蓋了基類Base成員函數(shù)fun1，因此通過d調(diào)用fun1實(shí)際調(diào)用的是派生類Derive類的成員函數(shù)fun1，而繼承而來的成員函數(shù)fun2沒有被覆蓋，則通過指針d調(diào)用fun2實(shí)際調(diào)用的是基類成員函數(shù)fun2。這里好像讓看不出虛函數(shù)有什么作用，那么我們將主函數(shù)修改如下：

int?main()
{
????Base* b = new?Derive();

????b->fun1();
????b->fun2();

????delete?b;
}在程序里我們將創(chuàng)建一個(gè)基類指針b并指向的是派生類，并且調(diào)用delete釋放內(nèi)存時(shí)使用的是基類指針b。編譯運(yùn)行輸出結(jié)果如下：

Base::constructor run
Derive::constructor run
Derive::fun1 run
Base::fun2 run
Derive::desconstructor run
Base::desconstructor run通過基類指針b調(diào)用fun1函數(shù)，實(shí)際調(diào)用的是派生類Derive的成員函數(shù)fun1，由于在派生類Derive中沒有定義成員函數(shù)fun2，因此通過基類指針b調(diào)用fun2函數(shù)，實(shí)際調(diào)用的依舊是基類Base的成員函數(shù)fun2。代碼里雖然我們沒有對派生類的成員函數(shù)fun1加virtual，實(shí)際上派生類的成員函數(shù)fun1是虛函數(shù)。但是對于大多數(shù)C 初學(xué)者會有2個(gè)疑問的地方。1、通過基類指針b調(diào)用fun1函數(shù)，實(shí)際調(diào)用的是派生類的成員函數(shù)fun1。2、通過delete釋放內(nèi)存使用的是基類指針b，會調(diào)用派生類析構(gòu)函數(shù)和基類析構(gòu)函數(shù)，成功釋放內(nèi)存，不會存在內(nèi)存泄露問題。帶有虛函數(shù)的類稱為虛基類，子類繼承虛基類。在C 中虛基類有一個(gè)虛函數(shù)表指針保存虛函數(shù)表地址，而虛函數(shù)表保存函數(shù)地址，虛函數(shù)表并不在虛基類里，但是虛函數(shù)表指針在虛基類里，子類繼承虛基類，子類也就有了虛函數(shù)表指針。那么C 是如何通過虛函數(shù)表和虛函數(shù)表指針實(shí)現(xiàn)多態(tài)呢？打開VS2019，并用管理員身份運(yùn)行"2019開發(fā)人員命令提示符"工具，如下圖所示：

輸入：cl /d1 reportSingleClassLayoutXXX ?[filename]，XXX表示類名，[filename]表示類所在的.cpp文件路徑。這里我輸入源文件的派生類名和源文件路徑，回車輸出如下：

從輸出可以看出派生類從基類繼承了虛函數(shù)表指針vfptr，且占用字節(jié)數(shù)大小是4字節(jié)，剛好就是一個(gè)指針占用字節(jié)數(shù)。虛函數(shù)表vftable里保存了派生類成員函數(shù)fun1，基類成員函數(shù)fun2的地址，由于派生類成員函數(shù)fun3不是虛函數(shù)，因此虛函數(shù)表里沒有fun3的地址?？吹竭@里我們就明白了，通過基類指針b調(diào)用fun1的過程：通過虛函數(shù)表指針vfptr找到虛函數(shù)表vftable，再通過虛函數(shù)表找到派生類成員函數(shù)fun1的地址，調(diào)用派生類成員函數(shù)fun1。而通過基類指針b調(diào)用fun2的過程則是：通過虛函數(shù)表指針vfptr找到虛函數(shù)表vftable，再通過虛函數(shù)表找到基類成員函數(shù)fun2的地址，調(diào)用基類成員函數(shù)fun2?？吹竭@里，第一個(gè)疑問已經(jīng)解開了，關(guān)鍵在于虛函數(shù)表指針和虛函數(shù)表。在C 中有虛函數(shù)的類，其析構(gòu)函數(shù)默認(rèn)是虛析構(gòu)函數(shù)，只要是虛函數(shù)就會在虛函數(shù)表里有相應(yīng)的函數(shù)地址，因此派生類里的虛函數(shù)表指針vfptr指向的虛函數(shù)表vftable必然保存著派生類析構(gòu)函數(shù)的地址，類的析構(gòu)過程：從繼承鏈的最底端到最頂端依次調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，因此delete b調(diào)用過程：通過虛函數(shù)表指針vfptr找到虛函數(shù)表vftable，再通過虛函數(shù)表找到派生類析構(gòu)函數(shù)地址，調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。

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