虚函数的实现

　　c++中虚函数的主要作用是实现多态。多态指同一个方法根据其所属的不同对象可以有不同的行为。

　　引用和指针的静态类型与动态类型可以不同， 这是 C++ 用以支持多态性的基石。

　　实现多态需要动态绑定的支持。C++ 中的函数调用默认不使用动态绑定。要触发动态绑定，满足两个条件：

　　　　1、只有指定为虚函数的成员函数才能进行动态绑定

　　　　2、必须通过基类类型的引用或指针进行函数调用

　　而动态绑定是如何实现的呢，必须提到虚函数表。 在这个表中，主是要一个类的虚函数的地址表，这张表解决了继承、覆盖的问题，保证其容真实反应实际的函数。这样，在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了 这个实例的内存中，所以，当我们用父类的指针来操作一个子类的时候，这张虚函数表就显得由为重要了，它就像一个地图一样，指明了实际所应该调用的函数。

　　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实例中最前面的位置（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。

　　

　　假设我们有这样的一个类：

　　class Base

　　{

　　　　　public:

　　　　　virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }

　　　　　virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }

　　　　　virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }

　　　};

　　按照上面的说法，我们可以通过Base的实例来得到虚函数表。 下面是实际例程：

　　　　typedef void(*Fun)(void);

　　　　Base b;

　　　　Fun pFun = NULL;

　　　　cout << "虚函数表地址：" << (int*)(&b) << endl;

　　　　cout << "虚函数表 — 第一个函数地址：" << (int*)*(int*)(&b) << endl;

 

　　实际运行经果如下：

　　虚函数表地址：0012FED4

　　虚函数表 — 第一个函数地址：0044F148

　　Base::f

　　通过这个示例，我们就可以知道如果要调用Base::g()和Base::h()，其代码如下：

　　　　(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0); // Base::f()

　　　　(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1); // Base::g()

　　　　(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2); // Base::h()

　　

　　

　

　关于c++的安全性，让我们来看看我们可以用虚函数表来干点什么坏事吧。

　　一、通过父类型的指针访问子类自己的虚函数

　　　　我们知道，子类没有重载父类的虚函数是一件毫无意义的事情。因为多态也是要基于函数重载的。虽然在上面的图中我们可以看到Base1的虚表中有Derive的虚函数，但我们根本不可能使用下面的语句来调用子类的自有虚函数：

Base1 *b1 = new Derive();

b1->f1(); //编译出错

任何妄图使用父类指针想调用子类中的未覆盖父类的成员函数的行为都会被编译器视为非法，所以，这样的程序根本无法编译通过。但在运行时，我们可以通过指针的方式访问虚函数表来达到违反C++语义的行为。（关于这方面的尝试，通过阅读后面附录的代码，相信你可以做到这一点）

　　二、访问non-public的虚函数

　　　　另外，如果父类的虚函数是private或是protected的，但这些非public的虚函数同样会存在于虚函数表中，所以，我们同样可以使用访问虚函数表的方式来访问这些non-public的虚函数，这是很容易做到的。

　　　　如：

　　　　class Base {

　　　　　　private:

　　　　　　virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }

　　　　　　};

　　　　class Derive : public Base{

　　　　　　};

　　　　typedef void(*Fun)(void);

　　　　void main() {

　　　　　　　　　　　　Derive d;

　　　　　　　　　　　　Fun pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d)+0);

　　　　　　　　　　　　pFun();

　　　　　　　　　　}