我们说的虚表其实有很多种叫法:
这些都是虚表的意思。虚表是一种利用程序语言实现的dynamic dispatch机制,或者说runtime method binding机制,也就是我们说的多态。
注:笔者在本文使用C++语言,并且统一用 vTable 来表示虚表。
用virtual关键字修饰的函数就叫 虚函数 。
因为vTable(虚表)是C++利用runtime来实现多态的工具,所以我们需要借助 virtual关键字 将函数代码地址存入vTable来躲开静态编译期。这里我们先不深入探究,后面我会细说。
首先我们先来看一个没有虚函数,即没有用到vTable的例子:
#include <iostream>
#include <ctime>
using std::cout;
using std::endl;
struct Animal { void makeSound() { cout << "动物叫了" << endl; } };
struct Cow : public Animal { void makeSound() { cout << "牛叫了" << endl; } };
struct Pig : public Animal { void makeSound() { cout << "猪叫了" << endl; } };
struct Donkey : public Animal { void makeSound() { cout << "驴叫了" << endl; } };
int main(int argc, const char * argv[])
{
srand((unsigned)time(0));
int count = 4;
while (count --) {
Animal *animal = nullptr;
switch (rand() % 3) {
case 0:
animal = new Cow;
break;
case 1:
animal = new Pig;
break;
case 2:
animal = new Donkey;
break;
}
animal->makeSound();
delete animal;
}
return 0;
}
程序中有一个 基类Animal
,它有一个 makeSound()函数
。有三个继承自Animal的子类,分别是 牛、猪、驴
,并且实现了自己的 makeSound()方法
。很简单的代码,是吧。
我们运行程序,你觉得输出结果会是什么呢?不错,这里会连续执行4次Animal的makeSound()方法,结果如下:
为什么?因为我们的基类Animal的makeSound()方法 没有使用Virtual 修饰,所以在静态编译时就makeSound()的实现就定死了。调用makeSound()方法时,编译器发现这是Animal指针,就会直接jump到makeSound()的代码段地址进行调用。
ok,那么我们把Animal的makeSound()改为虚函数,如下:
struct Animal { virtual void makeSound() { cout << "动物叫了" << endl; } };
运行会是怎样?如你所料,多态已经成功实现:
接下来就是大家最关心的部分,这是怎么回事?编译器到底做了什么?
为了说明方便,我们需要修改一下 基类Animal 的代码,不改变其他子类,修改如下:
struct Animal {
virtual void makeSound() { cout << "动物叫了" << endl; }
virtual void walk() {}
void sleep() {}
};
struct Cow : public Animal { void makeSound() { cout << "牛叫了" << endl; } };
struct Pig : public Animal { void makeSound() { cout << "猪叫了" << endl; } };
struct Donkey : public Animal { void makeSound() { cout << "驴叫了" << endl; } };
首先我们需要知道几个关键点:
我们怎么理解?从本例来看,我们的Animal、Cow、Pig、Donkey类都有自己的虚表,并且虚表里都有两个地址指针指向makeSound()和walk()的函数地址。一个指针4个字节,因此每个vTable的大小都是8个字节。如图:
他们的虚表中记录着不同函数的地址值。可以看到Cow、Pig、Donkey 重写了makeSound()函数 但是没有重写walk()函数。因此在调用makeSound()时,就会直接jump到自己实现的code Address。而调用walk()时,则会jump到Animal父类walk的Code Address。
现在我们已经知道虚表的数据结构了,那么我们在堆里实例化类对象时是怎么样调用到相应的函数的呢?这就要借助到虚指针了(vPointer)。
虚指针是类实例对象指向虚表的指针,存在于对象头部,大小为4个字节,比如我们的Donkey类的实例化对象数据结构就如下:
我们修改main函数里的代码,如下:
int main(int argc, const char * argv[])
{
int count = 2;
while (count --) {
Animal *animal = new Donkey;
animal->makeSound();
delete animal;
}
return 0;
}
我们在堆中生成了两个Donkey实例,运行结果如下:
驴叫了
驴叫了
Program ended with exit code: 0
没问题。然后我们再来看看堆里的结构,就变成了这样:
还有什么是这张图不能说明的呢?
Enjoy it :)
参考链接:
C++ vTable Preview
C++ vPointers and vTables
Virtual method table
虚函数表放在哪里