深入理解C++多态与虚函数表

"C++ 多态 虚表 分析 图解 .doc" 在C++编程语言中，多态性是面向对象编程的核心概念之一，它允许程序员使用一个父类类型的指针或引用来调用实际是子类对象的成员函数。这使得代码更加灵活，能够处理多种类型的对象，而无需知道它们的具体类型。多态性主要通过虚函数来实现，虚函数是C++中定义在基类中的函数，可以被子类重写，从而在运行时根据对象的实际类型调用相应的实现。 虚函数表（Virtual Table，简称VTBL）是C++实现动态绑定（也称为运行时多态）的关键机制。每个包含虚函数的类都有一个虚函数表，其中存储了类中虚函数的地址。当通过基类指针调用虚函数时，编译器会在运行时查找对应的虚函数表，然后调用表中对应的函数地址，而不是编译时期确定的函数地址。 下面的代码片段展示了如何通过指针间接调用虚函数表中的函数： ```cpp class Base { public: Base() : x(3), y(4) {} virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; cout << "myx is " << x << endl; } virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; } virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; } int x; int y; }; void (*pf)(void) = &Base::f; Base b; (pf)(&b); // 调用Base::f // 如果使用子类对象，将调用子类的重写版本 class Derived : public Base { public: void f() override { cout << "Derived::f" << endl; } }; Derived d; (pf)(&d); // 调用Derived::f ``` 在上面的代码中，`pf` 是一个指向虚函数 `Base::f` 的指针。当我们使用 `pf` 来调用 `Base` 对象 `b` 或 `Derived` 对象 `d` 时，会根据对象的实际类型来执行相应的 `f()` 函数。这就是多态性的体现。 关于 `this` 指针，它是一个隐含的参数，传递给类的每个非静态成员函数，指向调用该函数的对象。在虚函数调用中，`this` 指针被用来找到正确的虚函数表。对于非虚函数，`this` 指针是在编译时确定的；而对于虚函数，`this` 指针在运行时由虚函数表提供。 需要注意的是，为了正确地通过指针调用虚函数，对象本身必须包含虚函数表的指针，通常这个指针存储在对象的第一个成员位置。这意味着，如果对象的第一个成员是其他类型，如一个整型变量，那么这个变量实际上会被虚函数表的指针覆盖。因此，我们不能假设对象的内存布局是连续的成员变量，而是要考虑虚函数表的存在。 C++的虚函数和虚表机制是实现多态性的重要工具，它允许程序在运行时选择正确的函数实现，提高了代码的可扩展性和可维护性。理解和掌握这一机制对深入学习C++和进行高效的面向对象编程至关重要。