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虛函數(shù)是在類中被聲明為virtual的成員函數(shù),，當(dāng)編譯器看到通過指針或引用調(diào)用此類函數(shù)時(shí),，對(duì)其執(zhí)行晚綁定，即通過指針（或引用）指向的類的類型信息來決定該函數(shù)是哪個(gè)類的。通常此類指針或引用都聲明為基類的,，它可以指向基類或派生類的對(duì)象,。
多態(tài)指同一個(gè)方法根據(jù)其所屬的不同對(duì)象可以有不同的行為（根據(jù)自己理解，不知這么說是否嚴(yán)謹(jǐn)）,。 舉個(gè)例子說明虛函數(shù),、多態(tài)、早綁定和晚綁定： 李氏兩兄妹（哥哥和妹妹）參加姓氏運(yùn)動(dòng)會(huì)（不同姓氏組隊(duì)參加）,，哥哥男子項(xiàng)目比賽,，妹妹參加女子項(xiàng)目比賽，開幕式有一個(gè)參賽隊(duì)伍代表發(fā)言儀式,，兄妹倆都想 去露露臉,，可只能一人去，最終他們決定到時(shí)抓鬮決定,，而組委會(huì)也不反對(duì),，它才不關(guān)心是哥哥還是妹妹來發(fā)言，只要派一個(gè)姓李的來說兩句話就行,。運(yùn)動(dòng)會(huì)如期舉 行，妹妹抓鬮獲得代表李家發(fā)言的機(jī)會(huì),，哥哥參加了男子項(xiàng)目比賽,，妹妹參加了女子項(xiàng)目比賽。比賽結(jié)果就不是我們關(guān)心的了,。 現(xiàn)在讓我們來做個(gè)類比（只討論與運(yùn)動(dòng)會(huì)相關(guān)的話題）： （1）類的設(shè)計(jì)： 李氏兄妹屬于李氏家族,，李氏是基類（這里還是抽象的純基類），李氏又派生出兩個(gè)子類（李氏男和李氏女）,，李氏男會(huì)所有男子項(xiàng)目的比賽（李氏男的成員函 數(shù)）,，李氏女會(huì)所有女子項(xiàng)目的比賽（李氏女的成員函數(shù)）。姓李的人都會(huì)發(fā)言（基類虛函數(shù)）,，李氏男和李氏女繼承自李氏當(dāng)然也會(huì)發(fā)言,，只是男女說話聲音不一 樣，內(nèi)容也會(huì)又差異,，給人感覺不同（李氏男和李氏女分別重新定義發(fā)言這個(gè)虛函數(shù)）,。李氏兩兄妹就是李氏男和李氏女兩個(gè)類的實(shí)體。 （2）程序設(shè)計(jì)： 李氏兄妹填寫參賽報(bào)名表,。 （3）編譯： 李氏兄妹的參賽報(bào)名表被上交給組委會(huì)（編譯器）,，哥哥和妹妹分別參加男子和女子的比賽，組委會(huì)一看就明白了（早綁定）,，只是發(fā)言人選不明確,，組委會(huì)看到報(bào) 名表上寫的是“李家代表”（基類指針），組委會(huì)不能確定到底是誰，就做了個(gè)備注：如果是男的,，就是哥哥李某某,；如果是女的，就是妹妹李某某（晚綁定）,。組 委會(huì)做好其它準(zhǔn)備工作后,，就等運(yùn)動(dòng)會(huì)開始了（編譯完畢）。 （4）程序運(yùn)行： 運(yùn)動(dòng)會(huì)開始了（程序開始運(yùn)行）,，開幕式上我們聽到了李家妹妹的發(fā)言,，如果是哥哥運(yùn)氣好抓鬮勝出，我們將聽到哥哥的發(fā)言（多態(tài)）,。然后就是看到兄妹倆參加比賽了,。。,。 但愿這個(gè)比喻說清楚了虛函數(shù),、多態(tài)、早綁定和晚綁定的概念和它們之間的關(guān)系,。再說一下,，早綁定指編譯器在編譯期間即知道對(duì)象的具體類型并確定此對(duì)象調(diào)用成員函數(shù)的確切地址；而晚綁定是根據(jù)指針?biāo)笇?duì)象的類型信息得到類的虛函數(shù)表指針進(jìn)而確定調(diào)用成員函數(shù)的確切地址,。
2,、揭密晚綁定的秘密
編譯器到底做了什么實(shí)現(xiàn)的虛函數(shù)的晚綁定呢？我們來探個(gè)究竟,。
編譯器對(duì)每個(gè)包含虛函數(shù)的類創(chuàng)建一個(gè)表（稱為V TA B L E）,。在V TA B L E中，編譯器放置特定類的虛函數(shù)地址,。在每個(gè)帶有虛函數(shù)的類 中,，編譯器秘密地置一指針，稱為v p o i n t e r（縮寫為V P T R）,，指向這個(gè)對(duì)象的V TA B L E,。通過基類指針做虛函數(shù)調(diào) 用時(shí)（也就是做多態(tài)調(diào)用時(shí)），編譯器靜態(tài)地插入取得這個(gè)V P T R,，并在V TA B L E表中查找函數(shù)地址的代碼,，這樣就能調(diào)用正確的函數(shù)使晚捆綁發(fā)生。為每個(gè)類設(shè)置V TA B L E,、初始化V P T R,、為虛函數(shù)調(diào)用插入代碼，所有這些都是自動(dòng)發(fā)生的,，所以我們不必?fù)?dān)心這些,。利用虛函數(shù),， 這個(gè)對(duì)象的合適的函數(shù)就能被調(diào)用，哪怕在編譯器還不知道這個(gè)對(duì)象的特定類型的情況下,。（《C++編程思想》）
————這段話紅色加粗部分似乎有點(diǎn)問題,，我個(gè)人的理解看后面的總結(jié)。
在任何類中不存在顯示的類型信息,，可對(duì)象中必須存放類信息,，否則類型不可能在運(yùn)行時(shí)建立。那這個(gè)類信息是什么呢,？我們來看下面幾個(gè)類： class no_virtual
{ public: void fun1() const{} int fun2() const { return a; } private: int a; } class one_virtual
{ public: virtual void fun1() const{} int fun2() const { return a; } private: int a; } class two_virtual
{ public: virtual void fun1() const{} virtual int fun2() const { return a; } private: int a; } 以上三個(gè)類中：
no_virtual沒有虛函數(shù),，sizeof(no_virtual)=4，類no_virtual的長度就是其成員變量整型a的長度,； one_virtual有一個(gè)虛函數(shù),，sizeof(one_virtual)=8； two_virtual 有兩個(gè)虛函數(shù),，sizeof(two_virtual)=8,； 有一個(gè)虛函數(shù)和兩個(gè)虛函數(shù)的類的長度沒有區(qū)別，其實(shí)它們的長度就是no_virtual的 長度加一個(gè)void指針的長度,，它反映出,，如果有一個(gè)或多個(gè)虛函數(shù)，編譯器在這個(gè)結(jié)構(gòu)中插入一個(gè)指針（ V P T R）,。在one_virtual 和 two_virtual之間沒有區(qū)別,。這是因?yàn)閂 P T R指向一個(gè)存放地址的表，只需要一個(gè)指針,，因?yàn)樗刑摵瘮?shù)地址都包含在這個(gè)表中。 這個(gè)VPTR就可以看作類的類型信息,。
那我們來看看編譯器是怎么建立VPTR指向的這個(gè)虛函數(shù)表的,。先看下面兩個(gè)類：
class base { public: void bfun(){} virtual void vfun1(){} virtual int vfun2(){} private: int a; } class derived : public base
{ public: void dfun(){} virtual void vfun1(){} virtual int vfun3(){} private: int b; } 兩個(gè)類VPTR指向的虛函數(shù)表（VTABLE）分別如下：
base類 —————— VPTR——> |&base::vfun1 | —————— |&base::vfun2 | —————— derived類 ——————— VPTR——> |&derived::vfun1 | ——————— |&base::vfun2 | ——————— |&derived::vfun3 | ——————— 每當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)包含有虛函數(shù)的類或從包含有虛函數(shù)的類派生一個(gè)類時(shí)，編譯器就為這個(gè)類創(chuàng)建一個(gè)VTABLE,，如上圖所示,。在這個(gè)表中，編譯器放置了在這個(gè)類 中或在它的基類中所有已聲明為virtual的函數(shù)的地址,。如果在這個(gè)派生類中沒有對(duì)在基類中聲明為virtual的函數(shù)進(jìn)行重新定義,，編譯器就使用基類 的這個(gè)虛函數(shù)地址。（在derived的VTABLE中,，vfun2的入口就是這種情況,。）然后編譯器在這個(gè)類中放置VPTR。當(dāng)使用簡單繼承時(shí),，對(duì)于每 個(gè)對(duì)象只有一個(gè)VPTR,。VPTR必須被初始化為指向相應(yīng)的VTABLE，這在構(gòu)造函數(shù)中發(fā)生。 一旦VPTR被初始化為指向相應(yīng)的VTABLE,，對(duì)象就"知道"它自己是什么類型,。但只有當(dāng)虛函數(shù)被調(diào)用時(shí)這種自我認(rèn)知才有用。 個(gè)人總結(jié)如下：
1,、從包含虛函數(shù)的類派生一個(gè)類時(shí),，編譯器就為該類創(chuàng)建一個(gè)VTABLE。其每一個(gè)表項(xiàng)是該類的虛函數(shù)地址,。 2,、在定義該派生類對(duì)象時(shí)，先調(diào)用其基類的構(gòu)造函數(shù),，然后再初始化VPTR,，最后再調(diào)用派生類的構(gòu)造函數(shù)（ 從二進(jìn)制的視野來看，所謂基類子類是一個(gè)大結(jié)構(gòu)體,，其中this指針開頭的四個(gè)字節(jié)存放虛函數(shù)表頭指針,。執(zhí)行子類的構(gòu)造函數(shù)的時(shí)候，首先調(diào)用基類構(gòu)造函數(shù),，this指針作為參數(shù),，在基類構(gòu)造函數(shù)中填入基類的vptr，然后回到子類的構(gòu)造函數(shù),，填入子類的vptr,，覆蓋基類填入的vptr。如此以來完成vptr的初始化,。 ） 3,、在實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)綁定時(shí)，不能直接采用類對(duì)象,，而一定要采用指針或者引用,。因?yàn)椴捎妙悓?duì)象傳值方式，有臨時(shí)基類對(duì)象的產(chǎn)生,，而采用指針,，則是通過指針來訪問外部的派生類對(duì)象的VPTR來達(dá)到訪問派生類虛函數(shù)的結(jié)果。 VPTR 常常位于對(duì)象的開頭,，編譯器能很容易地取到VPTR的值,，從而確定VTABLE的位置。VPTR總指向VTABLE的開始地址,，所有基類和它的子類的虛函 數(shù)地址（子類自己定義的虛函數(shù)除外）在VTABLE中存儲(chǔ)的位置總是相同的,，如上面base類和derived類的VTABLE中vfun1和vfun2 的地址總是按相同的順序存儲(chǔ)。編譯器知道vfun1位于VPTR處,，vfun2位于VPTR+1處,，因此在用基類指針調(diào)用虛函數(shù)時(shí),，編譯器首先獲取指針指 向?qū)ο蟮念愋托畔ⅲ╒PTR），然后就去調(diào)用虛函數(shù),。如一個(gè)base類指針pBase指向了一個(gè)derived對(duì)象,，那pBase->vfun2 ()被編譯器翻譯為 VPTR+1 的調(diào)用，因?yàn)樘摵瘮?shù)vfun2的地址在VTABLE中位于索引為1的位置上,。同理,，pBase->vfun3 ()被編譯器翻譯為 VPTR+2的調(diào)用。這就是所謂的晚綁定,。
我們來看一下虛函數(shù)調(diào)用的匯編代碼,，以加深理解。
void test(base* pBase)
{ pBase->vfun2(); } int main(int argc, char* argv[])
{ derived td; test(&td); return 0; } derived td;編譯生成的匯編代碼如下：
mov DWORD PTR _td$[esp+24], OFFSET FLAT:??_7derived@@6B@ ; derived::`vftable' 由編譯器的注釋可知,，此時(shí)PTR _td$[esp+24]中存儲(chǔ)的就是derived類的VTABLE地址,。 test(&td);編譯生成的匯編代碼如下： lea eax, DWORD PTR _td$[esp+24] mov DWORD PTR __$EHRec$[esp+32], 0 push eax call ?test@@YAXPAVbase@@@Z ; test 調(diào)用test函數(shù)時(shí)完成了如下工作：取對(duì)象td的地址，將其壓棧,，然后調(diào)用test,。 pBase->vfun2();編譯生成的匯編代碼如下：
mov ecx, DWORD PTR _pBase$[esp-4] mov eax, DWORD PTR [ecx] jmp DWORD PTR [eax+4] 首先從棧中取出pBase指針指向的對(duì)象地址賦給ecx，然后取對(duì)象開頭的指針變量中的地址賦給eax,，此時(shí)eax的值即為VPTR的值,，也就是 VTABLE的地址。最后就是調(diào)用虛函數(shù)了,，由于vfun2位于VTABLE的第二個(gè)位置,，相當(dāng)于 VPTR+1，每個(gè)函數(shù)指針是4個(gè)字節(jié)長,，所以最后的 調(diào)用被編譯器翻譯為 jmp DWORD PTR [eax+4],。如果是調(diào)用pBase->vfun1()，這句就該被編譯為 jmp DWORD PTR [eax],。 現(xiàn)在應(yīng)該對(duì)多態(tài),、虛函數(shù)、晚綁定有比較清楚的了解了吧,。
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