虚函数的实现机制(c++)

youzehong · 发表于 2005-6-19 17:35:35

马上注册，结交更多好友，享用更多功能，让你轻松玩转闽南师范大学。

您需要登录才可以下载或查看，没有账号？立即加入

×

在VC6.0中虚函数的实现方法【原创】
虚函数？！

虚拟+函数？！听起来很恐怖的样子。如果你知道使用微波炉煎鸡蛋和使用煤气炉煎鸡蛋的方法和步骤绝对不一样的话，就应该知道为什么需要虚拟函数和在什么情况下使用虚拟函数，这些都是课堂上的内容，相信大家已经滚瓜烂熟，我也就不罗嗦了。我在这里是要和大家讨论虚拟函数的技术内幕——后期联编(Late binding)，但是，如果你对以上我所提到的还没有完全的领悟的话，则千万不要阅读本帖，以防走火入魔，切记切忌。

--  作者：backer
--  发布时间：2004-9-5 22:39:00

--
一，让我们进入内存——I will come back（阿诺的口头禅）
首先，我觉得了解一个含有虚拟函数的类在内存中的结构是有必要的。
假设一个这样的类：
class CShape
{
   int b1;
public:
   void MyTest()
   {
            cout << "CShape::MyTest \\n";
   }
};
在栈区，它仅仅只是占据了四个字节，用于存放成员数据——b1。
奇怪，那么它的成员函数在那里呢？对于普通的成员函数，编译器采取的是“名字粉碎法”，对于VC++6.0，它将CShape：：MyTest（）编修改为：“?MyTest@CTestA@@QAEXXZ”，真是个奇怪的名字，但是在这个名字中却保存了重要的信息，比如所属类,参数类型等，具体的大家可以查查相关资料，不好意思,我忘记了。
现在我们讨论虚拟函数, 假设另外的一个类：
class CShape_V
{
   int b1;
public:
   virtual void play()
   {
            cout << "CShape::play \\n";
   }

   virtual void display()
   {
            cout <<b1<< "Shape \\n";
   }
};
在栈区，它占据了八个字节，用于存放成员数据b1和——。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。指向一个一维数组首地址的指针，这是个什么东东咧？且听我慢慢到来。

--  作者：backer
--  发布时间：2004-9-5 22:40:00

--
二，掀起你的盖头来，让我看看你的脸。

为了达到后期联编的目的，VC编译器通过一个表，在执行期间接地调用了实际上需要调用的函数（注意是“间接”），这个表可称为“虚拟函数地址表”（在很多影印版的图书中常称之为vtable），每个类中含有虚拟函数的对象，编译器都会为它们指定一个虚拟函数地址表，虚拟函数地址表是个函数指针数组，保存在数据区，它由此类对象所共用（静态）。此外，编译器当然也会为它加上一个成员变量，一个指向自己的“虚拟函数地址表”的指针（常称之为vptr），并且放在了对象的首地址上。

每一个由此类分配出的对象，都有这么个vptr，每当我们通过这个对象调用虚拟函数时，实际上是通过vptr找到vtable，再通过偏移量找出真正的函数地址。

奥妙在于这个vtable以及这种间接调用方式，vtable是按照类中虚拟函数声明的顺序，一一填入函数地址。派生类会继承基类的vtable（当然还有其他可以继承的成员），当我们在派生类里修改了虚拟函数时，派生类的vtable中的内容也被修改，表中相应的元素不在是基类的函数地址，而是派生类的函数地址。

好了，到此为止，虚函数的机制已经讲完了。

如果对我的言论还抱有怀疑态度的话，我们继续。

[此贴子已经被作者于2004-9-6 18:54:37编辑过]

--  作者：backer
--  发布时间：2004-9-5 22:41:00

--
三，现在可以下手了，做掉它。

先看阅读以下一段小程序，请务必保证能看懂，并能分析出正确结果：

//vTest.cpp

#include <iostream.h>

//--------------------------------------------

class CShape

{

   int b1;

public:



   CShape():b1(1){};



   void MyTest()

   {

            cout << "CShape::MyTest \\n";

   }



   virtual void play()

   {

            cout << "CShape::play \\n";

   }

   virtual void display()

   {

            cout <<b1<< "Shape \\n";

   }

};

//--------------------------------------------

class CRect : public CShape

{

   int b2;

public:



   CRect():b2(2){};



   void MyTest()

   {

            cout << "CRect::MyTest \\n";

   }



   void display()

   {

            cout <<b2<< "Rectangle \\n";

   }

};

//--------------------------------------------

class CSquare : public CRect

{

   int b3;

public:



   CSquare():b3(3){};



   void MyTest()

   {

            cout << "CSquare::MyTest \\n";

   }



   void display()

   {

            cout <<b3<< "Square \\n";

   }

};

//--------------------------------------------

void main()

{

   CShape       aShape;

   CRect          aRect;

   CSquare       aSquare;

   CShape* pShape[3] = { &aShape,

                                          &aRect,

                                          &aSquare };

   for (int i=0; i< 3; i++)

   {

            pShape->display();

            pShape->MyTest();

   }

}

以下是上面那个程序(vTest.cpp)里for循环和循环体中的内存结构，代码的反汇编,和一些注释，我能证明的只有这些了(相信我的同志就可以不用看啦^_^)。

以下是栈：

0012FF4C> 00000000          ; int             i;    //(循环体内的定义);

0012FF50> 0012FF78          ; CShape*    pShape[0]

0012FF54> 0012FF6C          ;                pShape[1]

0012FF58> 0012FF5C          ;                pShape[2]

0012FF5C> 00426064          ; CSquare             aSquare;

0012FF60> 00000001          ; b1

0012FF64> 00000002          ; b2

0012FF68> 00000003          ; b3

0012FF6C> 00426048          ; CRect       aRect;

0012FF70> 00000001          ; b1

0012FF74> 00000002          ; b2

0012FF78> 0042601C          ; CShape       aShape;

0012FF7C> 00000001          ; b1

以下是三个对象vtable的内容（前面是virtual void play()的地址，后面是virtual void display()的地址）：

00426064>    37 10 40 00 50 10 40 00

00426048>    37 10 40 00 55 10 40 00

0042601C>    37 10 40 00 5F 10 40 00

以下是代码，for循环和循环体内的反汇编：

004010E9>    JMP SHORT SHAPE.004010F4

004010EB>    MOV EAX，DWORD PTR SS：[EBP-34]

004010EE>    ADD EAX，1

004010F1>    MOV DWORD PTR SS：[EBP-34]，EAX  ;i++

004010F4>    CMP DWORD PTR SS：[EBP-34]，3       ; 循环次数的控制，i<3

004010F8>    JGE SHORT SHAPE.00401124

; 关键，寻址得到 &pShape

004010FA>    MOV ECX，DWORD PTR SS：[EBP-34]

004010FD> MOV ECX，DWORD PTR SS：[EBP+ECX*4-30]

00401101>    MOV EDX，DWORD PTR SS：[EBP-34]

00401104>    MOV EAX，DWORD PTR SS：[EBP+EDX*4-30]

; 关键，得到函数表的首地址

00401108>    MOV EDX，DWORD PTR DS：[EAX]

0040110A>    MOV ESI，ESP

0040110C>    CALL DWORD PTR DS：[EDX+4]          ; 调用虚拟的成员函数

0040110F>    CMP ESI，ESP

00401111>    CALL SHAPE.__chkesp                         ; 收拾残局^_^

; 寻址得到 &pShape

00401116>    MOV EAX，DWORD PTR SS：[EBP-34]

00401119>    MOV ECX，DWORD PTR SS：[EBP+EAX*4-30]

0040111D>    CALL SHAPE.00401073                         ; 调用普通的成员函数

00401122>    JMP SHORT SHAPE.004010EB

SeAsOn` · 发表于 2005-6-19 18:18:51

函数.... 好可怕的东西..

当天的心 · 发表于 2005-6-20 02:34:48

仔细看看,对学习c++很有好处

		自动登录	找回密码
密码			立即加入