C++学习 - 虚表,虚函数,虚函数表指针学习笔记

http://blog.csdn.net/alps1992/article/details/45052403

虚函数

虚函数就是用virtual来修饰的函数。虚函数是实现C++多态的基础。

虚表

每个类都会为自己类的虚函数创建一个表，来存放类内部的虚函数成员。

虚函数表指针

每个类在构造函数里面进行虚表和虚表指针的初始化。

下面看一段代码：

//
//  main.cpp
//  VirtualTable
//
//  Created by Alps on 15/4/14.
//  Copyright (c) 2015年 chen. All rights reserved.
//

#include <iostream>
using namespace std;

class Base{
public:
    virtual void func(){
        printf("Base\n");
    }
    virtual void hunc(){
        printf("HBase\n");
    }
private:
    virtual void gunc(){
        printf("Base Private\n");
    }
};

class Derive: public Base{
public:
    virtual void func(){
        printf("Derive\n");
    }
};

class DeriveSecond: public Base{
public:
    void func(){
        printf("Second!\n");
    }
};

class DeriveThird: public Base{
};

class DeriveForth: public Base{
public:
    void gunc(){
        printf("Derive Forth\n");
    }
};

int main(int argc, const char * argv[]) {
    Derive d;
    Base *pb = &d;
    pb->func();
    // 1  输出：Derive

    DeriveSecond sec;
    pb = &sec;
    pb->func();
    // 2 输出：Derive Second

    DeriveThird thi;
    pb = &thi;
    pb->func();
    //3 输出：Base

    DeriveForth forth;
    pb = &forth;
//    pb->gunc();
    // 4 报错
    return 0;
}

 

在这个里面我创建了一个基类Base还有其他派生类。

• 首先// 1部分，表示了虽然我们声明的是一个Base类的指针，但是指向的是派生类的实例，所以调用的就是派生类的函数。

• 其次// 2部分，表示的和1差不多，只不过在// 2里不是虚函数了，覆盖了父类的虚函数。但还是存放在派生类的虚表里。

• 在// 3的代码里可以看到，派生类没有覆盖父类的虚函数的时候，虽然指向的是派生类的实例，但是调用的是父类的方法，是因为在继承时候，子类也有一个虚表，里面存放了父类的虚函数表。

• 在// 4里是私有的虚函数是不能直接被外部调用的。

虚表详解

先看如下代码：代码来源：RednaxelaFX，编程语言厨此人我觉得很厉害，这里借用一下他的代码，无任何商用，如果有问题，请联系我删除。

#include <string>
#include <iostream>

class Object {
  int identity_hash_;

public:
  Object(): identity_hash_(std::rand()) { }

  int IdentityHashCode() const     { return identity_hash_; }

  virtual int HashCode()           { return IdentityHashCode(); }
  virtual bool Equals(Object* rhs) { return this == rhs; }
  virtual std::string ToString()   { return "Object"; }
};

class MyObject : public Object {
  int dummy_;

public:
  int HashCode() override           { return 0; }
  std::string ToString() override   { return "MyObject"; }
};

int main() {
  Object o1;
  MyObject o2;
  std::cout << o2.ToString() << std::endl
            << o2.IdentityHashCode() << std::endl
            << o2.HashCode() << std::endl;
}

/*
              Object                      vtable
                               -16 [ offset to top     ]  __si_class_type_info
                               -8  [ typeinfo Object   ] --> +0 [ ... ]
--> +0  [ vptr           ] --> +0  [ &Object::HashCode ]
    +8  [ identity_hash_ ]     +8  [ &Object::Equals   ]
    +12 [ (padding)      ]     +16 [ &Object::ToString ]

             MyObject                     vtable
                               -16 [ offset to top       ]  __si_class_type_info
                               -8  [ typeinfo MyObject   ] --> +0 [ ... ]
--> +0  [ vptr           ] --> +0  [ &MyObject::HashCode ]
    +8  [ identity_hash_ ]     +8  [ &Object::Equals     ]
    +12 [ dummy_         ]     +16 [ &MyObject::ToString ]

*/

这里最主要的是我认为R大的这个虚表画的实在是好看。所以直接借用了，一看就比我上面自己写的代码好看多了(T T)。

首先我们学习的时候，可以暂时先无视小于0的虚表内容。从+0开始存放了vptr这个虚表指针指向了类的虚表。可以很清楚的看到在MyObject的虚表里其中HashCode 和 ToString函数已经是派生类的虚函数了，把父类的函数重写了。

所以这两个R大画的类已经很清楚的说明了类的虚表虚函数的操作。

那么有没有比较暴力的办法强行自己来控制虚表呢。其实这个来源于当时我做的一个阿里笔试题，做完当天我就看到知乎的R大已经做了详细的解释，这里还是引用他的代码好了。

虚表和虚函数地址

以下代码同出自R大之手：RednaxelaFX，编程语言厨

#include <iostream>
using namespace std;

class animal
{
protected:
  int age_;
  animal(int age): age_(age) { }

public:
  virtual void print_age(void) = 0;
  virtual void print_kind() = 0;
  virtual void print_status() = 0;
};

class dog : public animal
{
public:
  dog(): animal(2) { }
  ~dog() { }

  virtual void print_age(void) {
    cout << "Woof, my age = " << age_ << endl;
  }

  virtual void print_kind() {
    cout << "I'm a dog" << endl;
  }

  virtual void print_status() {
    cout << "I'm barking" << endl;
  }
};

class cat : public animal
{
public:
  cat(): animal(1) { }
  ~cat() { }

  virtual void print_age(void) {
    cout << "Meow, my age = " << age_ << endl;
  }

  virtual void print_kind() {
    cout << "I'm a cat" << endl;
  }

  virtual void print_status() {
    cout << "I'm sleeping" << endl;
  }
};

void print_random_message(void* something) {
  cout << "I'm crazy" << endl;
}

int main(void)
{
  cat kitty;
  dog puppy;
  animal* pa = &kitty;

  intptr_t* cat_vptr = *((intptr_t**)(&kitty));
  intptr_t* dog_vptr = *((intptr_t**)(&puppy));

  intptr_t fake_vtable[] = {
    dog_vptr[0],         // for dog::print_age
    cat_vptr[1],         // for cat::print_kind
    (intptr_t) print_random_message
  };
  *((intptr_t**) pa) = fake_vtable;

  pa->print_age();    // Woof, my age = 1
  pa->print_kind();   // I'm a cat
  pa->print_status(); // I'm crazy

  return 0;
}

我们可以看到R大干了什么！！丧心病狂的把vtable自己伪造了一个，然后放到虚表指针后面！简直佩服。看到这个代码我也是才明白，虚表可以这么操作。

虚表地址和虚函数地址

虚函数表的地址（int*）&classname)与虚函数的地址（int*）*(int*)(&classname)实际按照R大的说法，这里的int应该改成intptr_t才更好，这样能够防止在LP64模型下，函数指针是8个字节。而地址获取不全。

虚函数表的地址和虚函数地址的关系类似于： x 和 *x的关系。