C++中的虚函数与虚函数表

 学习 C++ 的同志不知道有没有和我一样遇到过这样的困惑:C++中的虚函数到底怎么实现的？在各种继承关系中，虚函数表的结构到底是什么样的？曾经我是很想当然，可是后来在使用ATL的过程中，我发现并不是我想的那样。大家知道，利用C++语言本身的特性进行COM编程当然是很方便的事，但是你就得随时随地都知道那虚函数表里头到底是些什么东西。讲C++语法的书没有义务告诉你C++产生的虚函数表是什么样的,这就是头痛的所在。
 自已做试验是件很快乐的事，我很愿意这么做。

 首先写个函数，作为我们实验的基础。传入虚函数表指针，显示虚数表的内容。

void DispVFT(DWORD* pVFT)
{
 
 printf("VFT Pointer:%p\n" , pVFT);
 printf("Begin\n");
 DWORD* p = (DWORD* )*pVFT;//得到VFT的首址
 while(*p) file://这个地方我是看表项是不是为空来判断是否到了表尾，
    file://大多数情况都是对的，不过不能为准
 {
  printf("VF:%p , %p\n", p , *p);
  p++;
 }
 printf("End\n\n");
}

首先我们看单个类时的虚函数表的情况:
class C1
{
public:
 C1()
 {
  file://printf("In C1\n");
  file://DispVFT((DWORD*)this);
 };
 virtual F1()
 {}
};
void main()
{
 C1 c1;

 file://由于C1中没有成员数据，所有我们可以用这种方式判断
 file://C1中的虚函数表指针的个数
 printf("vftptr count :%d\n" , sizeof(C1) / 4);
 file://显示内存结构
 DispVFT((DWORD* )&c1);
}

输出：
vftptr count :1
VFT Pointer:0012FF7C
Begin
VF:00420048 , 00401078(C1::F1)
End

很单纯，不用多讲，这是我们意料之中的结果。

下面我们进行简单继承的实验

class C2 : public C1
{
public:
 C2(){
  printf("In C1\n");
  DispVFT((DWORD*)this);
 }
 virtual F2()
 {}
};

void main()
{
 C2 c2;
 C1* pC1 = &c2;
 printf("vftptr count :%d\n" , sizeof(C2) / 4);
 printf("C1\n");
 DispVFT((DWORD*)pC1);
 printf("C2\n");
 DispVFT((DWORD*)&c2);
}
输出：
In C1
VFT Pointer:0012FF7C
Begin
VF:00420048 , 00401087(C1::F1)
End

In C2
VFT Pointer:0012FF7C
Begin
VF:004200F4 , 00401087(C1::F1) file://输出的第一项是表的首址与对应的表项内容，看看地址，与 In C1的不同，说明是不同的两个表
VF:004200F8 , 0040108C(C2::F2)
End

vftptr count :1
C1
VFT Pointer:0012FF7C
Begin
VF:004200F4 , 00401087(C1::F1)
VF:004200F8 , 0040108C(C2::F2)
End

C2
VFT Pointer:0012FF7C
Begin
VF:004200F4 , 00401087(C1::F1)
VF:004200F8 , 0040108C(C2::F2)
End

大家可以看到最后虚函数表指针仍然是同一个，表中按顺序放入了C1(基类)与C2(派生类)的虚函数指针。

下面是多重继承
class C1
{
public:
 C1()
 {
  file://printf("In C1\n");
  file://DispVFT((DWORD*)this);
 }
 virtual F1(){}
};

class C2
{
public:
 C2(){
  file://printf("In C1\n");
  file://DispVFT((DWORD*)this);
 }
 virtual F2(){}
};
class C3 : public C1 , public C2
{
public:
 C3(){
  file://printf("In C1\n");
  file://DispVFT((DWORD*)this);
 }
 virtual F3(){}
};

void main()
{
 C3 c3;
 C2* pC2 = &c3;
 C1* pC1 = &c3;
 printf("vftptr count :%d\n" , sizeof(C3) / 4);
 printf("C1\n"); 
 DispVFT((DWORD*)pC1);
 printf("C2\n");
 DispVFT((DWORD*)pC2);
 printf("C3\n");
 DispVFT((DWORD*)&c3);
}
输出：
vftptr count :2
C1
VFT Pointer:0012FF78
Begin
VF:00420104 , 00401046(C1::F1)
VF:00420108 , 0040101E(C3::F3)
End

C2
VFT Pointer:0012FF7C
Begin
VF:00420100 , 00401028(C2::F2)
VF:00420104 , 00401046(C1::F1)
VF:00420108 , 0040101E(C3::F3)
End

C3
VFT Pointer:0012FF78
Begin
VF:00420104 , 00401046(C1::F1)
VF:00420108 , 0040101E(C3::F3)
End

虚函数表指针变成两个了，也就是说现在是用两个虚函数表指针维护一个表,总结一下就是,虚函数表指针的个数等于基类的个数。至于虚函数表的个数，应该是三个。你可以把我在构造函数中加的代码去掉注释符,看看输出。你会发现每次输出的表的首地址都是不一样，那表当然也不是同一个表。

下面说说多层继承的情况:
class C1
{
public:
 C1()
 {
  printf("In C1\n");
  DispVFT((DWORD*)this);
 }
 virtual F1(){}
};

class C2 : public C1
{
public:
 C2(){
  printf("In C2\n");
  DispVFT((DWORD*)this);
 }
 virtual F2(){}
};
class C3 : public C2
{
public:
 C3(){
  printf("In C3\n");
  DispVFT((DWORD*)this);
 }
 virtual F3(){}
};

void main()
{
 C3 c3;
 C2* pC2 = &c3;
 C1* pC1 = &c3;
 printf("vftptr count :%d\n" , sizeof(C3) / 4);
 printf("C1\n"); 
 DispVFT((DWORD*)pC1);
 printf("C2\n");
 DispVFT((DWORD*)pC2);
 printf("C3\n");
 DispVFT((DWORD*)&c3);
 
}

输出：
In C1
VFT Pointer:0012FF7C
Begin
VF:00421090 , 00401046(C1::F1)
End

In C2
VFT Pointer:0012FF7C
Begin
VF:0042010C , 00401046(C1::F1) file://这里是类C2的vftable，第一个输出是它首址与表项内容
VF:00420110 , 00401028(C2::F2)
End

In C3
VFT Pointer:0012FF7C
Begin
VF:0042109C , 00401046(C1::F1)
VF:004210A0 , 00401028(C2::F2)
VF:004210A4 , 00401078(C3::F3)
End

vftptr count :1
C1
VFT Pointer:0012FF7C
Begin
VF:0042109C , 00401046
VF:004210A0 , 00401028
VF:004210A4 , 00401078
End

C2
VFT Pointer:0012FF7C
Begin
VF:0042109C , 00401046
VF:004210A0 , 00401028
VF:004210A4 , 00401078
End

C3
VFT Pointer:0012FF7C
Begin
VF:0042109C , 00401046
VF:004210A0 , 00401028
VF:004210A4 , 00401078
End

得到的结果:我们看到了虚函数表指针是一个，可是你仔细看看每个构造函数的输出！输出的第一项是表的首址与对应的表项。大家可以看到，首址都是不一样的这说明是三个不同的表，那么这个类就有三个虚函数表。你可能会想，这三个表在什么时候用呢，事实上，在C3的实例被构造出来后，只有最后一个表，也就是C3的表在用，其它的表跟本就是没有用的，C++在没有通过你同意的情况下，在浪费你的空间(多重继承也存在同样的问题)。微软想了个办法把其它的不用的虚函数表去掉：__declspec(novtable）

class __declspec(novtable)C1
{
public:
 C1()
 {
  file://printf("In C1\n");
  file://DispVFT((DWORD*)this); file://这里得去掉，既然没有那个表，怎么输出
 }
 virtual F1(){}
};

class __declspec(novtable)C2 : public C1
{
public:
 C2(){
  file://printf("In C2\n");
  file://DispVFT((DWORD*)this);//这里得去掉，既然没有那个表，怎么输出
 }
 virtual F2(){}
};
class C3 : public C2
{
public:
 C3(){
  printf("In C3\n");
  DispVFT((DWORD*)this);
 }
 virtual F3(){}
};

void main()
{
 
 C3 c3;
 C2* pC2 = &c3;
 C1* pC1 = &c3;
 printf("vftptr count :%d\n" , sizeof(C3) / 4);
 printf("C1\n"); 
 DispVFT((DWORD*)pC1);
 printf("C2\n");
 DispVFT((DWORD*)pC2);
 printf("C3\n");
 DispVFT((DWORD*)&c3);
 
}

输出:
In C3
VFT Pointer:0012FF7C
Begin
VF:0042109C , 00401046
VF:004210A0 , 00401028
VF:004210A4 , 00401078
End

vftptr count :1
C1
VFT Pointer:0012FF7C
Begin
VF:0042109C , 00401046
VF:004210A0 , 00401028
VF:004210A4 , 00401078
End

C2
VFT Pointer:0012FF7C
Begin
VF:0042109C , 00401046
VF:004210A0 , 00401028
VF:004210A4 , 00401078
End

C3
VFT Pointer:0012FF7C
Begin
VF:0042109C , 00401046
VF:004210A0 , 00401028
VF:004210A4 , 00401078
End

可以看到一切正常，只是在不知不觉中，你的程序瘦身成功,不过如果你决定要去掉类的虚函数表，你最好可以确定这个类应该是个被继承的基类，而不是最后派生使用的类。否则可能会出错，比如：

void func1(C1* p)
{
 p->F1();
}
void main()
{
 C2 c2;
 func1(&c2);
}

这种情况就会出错，没有虚函数表，虚函数的调用怎么能实现呢？

如果说得有什么不对，望同志们指正赐教。

 

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