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C++对象布局及多态实现的探索(二)

作者 佚名技术 来源 程序设计 浏览 发布时间 2012-06-29

虚函数的类的对象布局(1)

如果类中存在虚函数时,情况会怎样呢?我们知道当一个类中有虚函数时,编译器会为该类产生一个虚函数表,并在它的每一个对象中插入一个指向该虚函数表的指针,通常这个指针是插在对象的起始位置。所谓的虚函数表实际就是一个指针数组,其中的指针指向真正的函数起始地址。我们来验证一下,定义一个无成员变量的类C040,内含一个虚函数。

struct C040
{
 virtual void foo() {}
};

运行如下代码打印它的大小及对象中的内容。

PRINT_SIZE_DETAIL(C040)

结果为:

The size of C040 is 4

The detail of C040 is 40 b4 45 00

果然它的大小为4字节,即含有一个指针,指针指向的地址为0x0045b440.

同样再定义一个空类C050,派生自类C040.

struct C050 : C040

{

};

由于虚函数会被继承,且维持为虚函数。那么类C050的对象中同样应该含有一个指向C050的虚函数表的指针。

运行如下代码打印它的大小及对象中的内容。

PRINT_SIZE_DETAIL(C050)

结果为:

The size of C050 is 4

The detail of C050 is 44 b4 45 00

果然它的大小也为4字节,即含有一个指向虚函数表(后称虚表)的指针(后称虚表指针)。

虚表是类级别的,类的所有对象共享同一个虚表。我们可以生成类C040的两个对象,然后通过观察对象的地址、虚表指针地址、虚表地址、及虚表中的条目的值(即所指向的函数地址)来进行验证。

运行如下代码:

C040 obj1, obj2;

PRINT_VTABLE_ITEM(obj1, 0, 0)

PRINT_VTABLE_ITEM(obj2, 0, 0)

结果如下:

obj1  : objadr:0012FDC4 vpadr:0012FDC4 vtadr:0045B440 vtival(0):0041D834

obj2  : objadr:0012FDB8 vpadr:0012FDB8 vtadr:0045B440 vtival(0):0041D834

(注:第一列为对象名,第二列(objadr)为对象的内存地址,第三列(vpadr)为虚表指针地址,第四列(vtadr)为虚表的地址,第五列(vtival(n))为虚表中的条目的值,n为条目的索引,从0开始。后同)

果然对象地址不同,虚表指针(vpadr)位于对象的起始位置,所以它的地址和对象相同。两个对象的虚表指针指向的是同一个虚表,因此(vtadr)的值相同,虚表中的第一条目(vtival(0))的值当然也一样。

接下来,我们再观察类C040和从它派生的类C050的对象,这两个类各有自己的虚表,但由于C050没有重写继承自C040的虚函数,所以它们的虚表中的条目的值,即指向的虚函数的地址应该是一样的。

运行如下代码:

C040 c040;

C050 c050;

PRINT_VTABLE_ITEM(c040, 0, 0)

PRINT_VTABLE_ITEM(c050, 0, 0)

结果为:

c040   : objadr:0012FD4C vpadr:0012FD4C vtadr:0045B448 vtival(0):0041D834

c050   : objadr:0012FD40 vpadr:0012FD40 vtadr:0045B44C vtival(0):0041D834

果然这次我们可以看到虽然前几列皆不相同,但最后一列的值相同。即它们共享同一个虚函数。

定义一个C043类,包含两个虚函数。再定义一个C071类,从C043派生,并重写继承的第一个虚函数。

 struct C043
{
    virtual void foo1() {}
    virtual void foo2() {}
};
struct C071 : C043
{
    virtual void foo1() {}
};

我们可以预料到,C043和C071各有一个包含两个条目的虚表,由于C071派生自C043,并且重写了第一个虚函数。那么这两个类的虚表的第一个条目值是不同的,而第二项应该是相同的。运行如下代码。

C043 c043;

C071 c071;

PRINT_SIZE_DETAIL(C071)

PRINT_VTABLE_ITEM(c043, 0, 0)

PRINT_VTABLE_ITEM(c071, 0, 0)

PRINT_VTABLE_ITEM(c043, 0, 1)

PRINT_VTABLE_ITEM(c071, 0, 1)

结果为:

The size of C071 is 4

The detail of C071 is 5c b4 45 00

c043   : objadr:0012FCD4 vpadr:0012FCD4 vtadr:0045B450 vtival(0):0041D4F1

c071   : objadr:0012FCC8 vpadr:0012FCC8 vtadr:0045B45C vtival(0):0041D811

c043   : objadr:0012FCD4 vpadr:0012FCD4 vtadr:0045B450 vtival(1):0041DFE1

c071   : objadr:0012FCC8 vpadr:0012FCC8 vtadr:0045B45C vtival(1):0041DFE1

观察第1、2行的最后一列,即两个类的虚表的第一个条目,由于C071重写了foo1函数,所以这个值不一样。而第3、4行的最后一列为两个类的虚表的第二个条目,由于C071并没有重写它,所以这两个值是相同的。和我们之间的猜测是一致的。

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