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00. 目录
01. 前言
上一篇博客我们详细讲解了虚函数表，下面我将分别说明“无覆盖”和“有覆盖”时的虚函数表的样子。没有覆盖父类的虚函数是毫无意义的。我之所以要讲述没有覆盖的情况，主要目的是为了给一个对比。在比较之下，我们可以更加清楚地知道其内部的具体实现。
02. 一般继承（无虚函数覆盖）
假设有如下所示的一个继承关系：
请注意，在这个继承关系中，子类没有重载任何父类的函数。那么，在派生类的实例中，其虚函数表如下所示：
对于实例：Derive d; 的虚函数表如下：
我们可以看到下面几点：
1）虚函数按照其声明顺序放于表中。
2）父类的虚函数在子类的虚函数前面。
测试程序如下
class Base{
public:
typedef void (Base::*Fun)();
virtual void f(){
Fun q=&Base::f;
cout<<"Base::f -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
virtual void g(){
Fun q=&Base::g;
cout<<"Base::g -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
virtual void h(){
Fun q=&Base::h;
cout<<"Base::h -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
};
class Derive:public Base{
public:
typedef void (Derive::*Fun)();
virtual void f1(){
Fun q=&Derive::f1;
cout<<"Derive::f1 -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
virtual void g1(){
Fun q=&Derive::g1;
cout<<"Derive::g1 -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
virtual void h1(){
Fun q=&Derive::h1;
cout<<"Derive::h1 -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
};
int test2(){
typedef void (*Fun)();
Base b;
Fun pFun=NULL;
int *add;
cout<<"虚函数表地址："<<(int*)&b<<endl;
add=(int*)*(int*)&b;
cout<<"虚函数表-第1个函数地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;
cout<<"虚函数表-第2个函数地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;
cout<<"虚函数表-第3个函数地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;
for(int i=0;i<3;i++)
{
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)&b+i);
pFun();
}
cout<<"=================================="<<endl;
Derive d;
cout<<"虚函数表地址："<<(int*)&d<<endl;
add=(int*)*(int*)&d;
cout<<"虚函数表-第1个函数地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;
cout<<"虚函数表-第2个函数地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;
cout<<"虚函数表-第3个函数地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;
cout<<"虚函数表-第4个函数地址："<<add+3<<" -> "<<(int*)*(add+3)<<endl;
cout<<"虚函数表-第5个函数地址："<<add+4<<" -> "<<(int*)*(add+4)<<endl;
cout<<"虚函数表-第6个函数地址："<<add+5<<" -> "<<(int*)*(add+5)<<endl;
for(int i=0;i<6;i++)
{
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)&d+i);
pFun();
}
return 0;
}测试结果
从下图可以看到，派生类的前三个函数就是从基类中继承来的，函数的地址是不一样的，但是所指向的内存中函数的地址是一致的。
03. 一般继承（有虚函数覆盖）
覆盖父类的虚函数是很显然的事情，不然，虚函数就变得毫无意义。下面，我们来看一下，如果子类中有虚函数重载了父类的虚函数，会是一个什么样子？假设，我们有下面这样的一个继承关系。
为了让大家看到被继承过后的效果，在这个类的设计中，我只覆盖了父类的一个函数：f()。那么，对于派生类的实例，其虚函数表会是下面的一个样子
我们从表中可以看到下面几点，
1）覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。
2）没有被覆盖的函数依旧。
测试程序
class Derive2:public Base{
public:
typedef void (Derive::*Fun)();
virtual void f(){
Fun q=&Derive::f;
cout<<"Derive::f -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
virtual void g1(){
Fun q=&Derive::g1;
cout<<"Derive::g1 -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
virtual void h1(){
Fun q=&Derive::h1;
cout<<"Derive::h1 -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
};
int test3(){
typedef void (*Fun)();
Base b;
Fun pFun=NULL;
int *add;
cout<<"虚函数表地址："<<(int*)&b<<endl;
add=(int*)*(int*)&b;
cout<<"虚函数表-第1个函数地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;
cout<<"虚函数表-第2个函数地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;
cout<<"虚函数表-第3个函数地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;
for(int i=0;i<3;i++)
{
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)&b+i);
pFun();
}
cout<<"=================================="<<endl;
Derive2 d;
cout<<"虚函数表地址："<<(int*)&d<<endl;
add=(int*)*(int*)&d;
cout<<"虚函数表-第1个函数地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;
cout<<"虚函数表-第2个函数地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;
cout<<"虚函数表-第3个函数地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;
cout<<"虚函数表-第4个函数地址："<<add+3<<" -> "<<(int*)*(add+3)<<endl;
cout<<"虚函数表-第5个函数地址："<<add+4<<" -> "<<(int*)*(add+4)<<endl;
cout<<"虚函数表-第6个函数地址："<<add+5<<" -> "<<(int*)*(add+5)<<endl;
for(int i=0;i<5;i++)
{
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)&d+i);
pFun();
}
return 0;
}执行结果:
从上图我们可以看到在派生类中的函数f已经覆盖了基类中对应的函数f，并且派生类的虚表的函数地址换成了派生类函数的地址。因为不存在第6个函数，所以最后的地址为0
这样，我们就可以看到对于下面这样的程序，
Base *b = new Derive();
b->f();
由b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被Derive::f()函数地址所取代，于是在实际调用发生时，是Derive::f()被调用了。这就实现了多态。
04. 多重继承（无虚函数覆盖）
下面，再让我们来看看多重继承中的情况，假设有下面这样一个类的继承关系。注意：子类并没有覆盖父类的函数。
对于子类实例中的虚函数表，是下面这个样子：
我们可以看到：
1） 每个父类都有自己的虚表。
2） 子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。（所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的）
这样做就是为了解决不同的父类类型的指针指向同一个子类实例，而能够调用到实际的函数。
测试代码
#include <iostream>
using namespace std;
class Base1{
public:
typedef void (Base1::*Fun)();
virtual void f(){
Fun q=&Base1::f;
cout<<"Base1::f -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
virtual void g(){
Fun q=&Base1::g;
cout<<"Base1::g -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
virtual void h(){
Fun q=&Base1::h;
cout<<"Base1::h -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
};
class Base2{
public:
typedef void (Base2::*Fun)();
virtual void f(){
Fun q=&Base2::f;
cout<<"Base2::f -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
virtual void g(){
Fun q=&Base2::g;
cout<<"Base2::g -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
virtual void h(){
Fun q=&Base2::h;
cout<<"Base2::h -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
};
class Base3{
public:
typedef void (Base3::*Fun)();
virtual void f(){
Fun q=&Base3::f;
cout<<"Base3::f -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
virtual void g(){
Fun q=&Base3::g;
cout<<"Base3::g -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
virtual void h(){
Fun q=&Base3::h;
cout<<"Base3::h -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
};
class Derive:public Base1,public Base2,public Base3{
public:
typedef void (Derive::*Fun)();
virtual void f1(){
Fun q=&Derive::f1;
cout<<"Derive::f1 -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
virtual void g1(){
Fun q=&Derive::g1;
cout<<"Derive::g1 -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
};
int test2(){
typedef void (*Fun)();
Fun pFun=NULL;
int *add;
Base1 b1;
add=(int*)*(int*)&b1;
cout<<"Base1-虚函数表地址："<<(int*)&b1<<endl;
cout<<"虚函数表-第1个函数地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;
cout<<"虚函数表-第2个函数地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;
cout<<"虚函数表-第3个函数地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;
for(int i=0;i<3;i++)
{
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)&b1+i);
pFun();
}
Base2 b2;
add=(int*)*(int*)&b2;
cout<<"Base2-虚函数表地址："<<(int*)&b2<<endl;
cout<<"虚函数表-第1个函数地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;
cout<<"虚函数表-第2个函数地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;
cout<<"虚函数表-第3个函数地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;
for(int i=0;i<3;i++)
{
pFun=(Fun)*(add+i);
pFun();
}
Base3 b3;
add=(int*)*(int*)&b3;
cout<<"Base3-虚函数表地址："<<(int*)&b3<<endl;
cout<<"虚函数表-第1个函数地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;
cout<<"虚函数表-第2个函数地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;
cout<<"虚函数表-第3个函数地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;
for(int i=0;i<3;i++)
{
pFun=(Fun)*(add+i);
pFun();
}
cout<<"=================================="<<endl;
Derive d;
add=(int*)*(int*)&d;
cout<<"Derive-虚函数表1地址："<<(int*)&d<<endl;
cout<<"虚函数表1-第1个函数地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;
cout<<"虚函数表1-第2个函数地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;
cout<<"虚函数表1-第3个函数地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;
cout<<"虚函数表1-第4个函数地址："<<add+3<<" -> "<<(int*)*(add+3)<<endl;
cout<<"虚函数表1-第5个函数地址："<<add+4<<" -> "<<(int*)*(add+4)<<endl;
for(int i=0;i<5;i++)
{
pFun=(Fun)*(add+i);
pFun();
}
add=(int*)*((int*)&d+1);
cout<<"Derive-虚函数表2地址："<<(int*)&d+1<<endl;
cout<<"虚函数表2-第1个函数地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;
cout<<"虚函数表2-第2个函数地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;
cout<<"虚函数表2-第3个函数地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;
cout<<"虚函数表2-第4个函数地址："<<add+3<<" -> "<<(int*)*(add+3)<<endl;
cout<<"虚函数表2-第5个函数地址："<<add+4<<" -> "<<(int*)*(add+4)<<endl;
for(int i=0;i<3;i++)
{
pFun=(Fun)*(add+i);
pFun();
}
add=(int*)*((int*)&d+2);
cout<<"Derive-虚函数表3地址："<<(int*)&d+2<<endl;
cout<<"虚函数表3-第1个函数地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;
cout<<"虚函数表3-第2个函数地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;
cout<<"虚函数表3-第3个函数地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;
cout<<"虚函数表3-第4个函数地址："<<add+3<<" -> "<<(int*)*(add+3)<<endl;
cout<<"虚函数表3-第5个函数地址："<<add+4<<" -> "<<(int*)*(add+4)<<endl;
for(int i=0;i<3;i++)
{
pFun=(Fun)*(add+i);
pFun();
}
return 0;
}
int main(){
test2();
}测试结果:
从上图可以看到派生类中确实有3个虚表，分别保存来自3个基类的虚函数。派生类的虚表2和虚表3只有三个函数，所以图中对于虚表2和虚表3的第4个和第5个函数指向的地址都是无效的。
05. 多重继承（有虚函数覆盖）
下面我们再来看看，如果发生虚函数覆盖的情况。
下图中，我们在子类中覆盖了父类的f()函数。
下面是对于子类实例中的虚函数表的图：
测试程序
class Derive2:public Base1,public Base2,public Base3{
public:
typedef void (Derive2::*Fun)();
virtual void f(){
Fun q=&Derive2::f;
cout<<"Derive2::f -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
virtual void g1(){
Fun q=&Derive2::g1;
cout<<"Derive2::g1 -> "<<(int)*(void**)&q<<endl;
}
};
int test3(){
typedef void (*Fun)();
Fun pFun=NULL;
int *add;
Base1 b1;
add=(int*)*(int*)&b1;
cout<<"Base1-虚函数表地址："<<(int*)&b1<<endl;
cout<<"虚函数表-第1个函数地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;
cout<<"虚函数表-第2个函数地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;
cout<<"虚函数表-第3个函数地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;
for(int i=0;i<3;i++)
{
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)&b1+i);
pFun();
}
Base2 b2;
add=(int*)*(int*)&b2;
cout<<"Base2-虚函数表地址："<<(int*)&b2<<endl;
cout<<"虚函数表-第1个函数地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;
cout<<"虚函数表-第2个函数地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;
cout<<"虚函数表-第3个函数地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;
for(int i=0;i<3;i++)
{
pFun=(Fun)*(add+i);
pFun();
}
Base3 b3;
add=(int*)*(int*)&b3;
cout<<"Base3-虚函数表地址："<<(int*)&b3<<endl;
cout<<"虚函数表-第1个函数地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;
cout<<"虚函数表-第2个函数地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;
cout<<"虚函数表-第3个函数地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;
for(int i=0;i<3;i++)
{
pFun=(Fun)*(add+i);
pFun();
}
cout<<"=================================="<<endl;
Derive2 d;
add=(int*)*(int*)&d;
cout<<"Derive2-虚函数表1地址："<<(int*)&d<<endl;
cout<<"虚函数表1-第1个函数地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;
cout<<"虚函数表1-第2个函数地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;
cout<<"虚函数表1-第3个函数地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;
cout<<"虚函数表1-第4个函数地址："<<add+3<<" -> "<<(int*)*(add+3)<<endl;
cout<<"虚函数表1-第5个函数地址："<<add+4<<" -> "<<(int*)*(add+4)<<endl;
for(int i=0;i<4;i++)
{
pFun=(Fun)*(add+i);
pFun();
}
add=(int*)*((int*)&d+1);
cout<<"Derive2-虚函数表2地址："<<(int*)&d+1<<endl;
cout<<"虚函数表2-第1个函数地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;
cout<<"虚函数表2-第2个函数地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;
cout<<"虚函数表2-第3个函数地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;
cout<<"虚函数表2-第4个函数地址："<<add+3<<" -> "<<(int*)*(add+3)<<endl;
cout<<"虚函数表2-第5个函数地址："<<add+4<<" -> "<<(int*)*(add+4)<<endl;
for(int i=0;i<3;i++)
{
pFun=(Fun)*(add+i);
pFun();
}
add=(int*)*((int*)&d+2);
cout<<"Derive2-虚函数表3地址："<<(int*)&d+2<<endl;
cout<<"虚函数表3-第1个函数地址："<<add<<" -> "<<(int*)(*add)<<endl;
cout<<"虚函数表3-第2个函数地址："<<add+1<<" -> "<<(int*)*(add+1)<<endl;
cout<<"虚函数表3-第3个函数地址："<<add+2<<" -> "<<(int*)*(add+2)<<endl;
cout<<"虚函数表3-第4个函数地址："<<add+3<<" -> "<<(int*)*(add+3)<<endl;
cout<<"虚函数表3-第5个函数地址："<<add+4<<" -> "<<(int*)*(add+4)<<endl;
for(int i=0;i<3;i++)
{
pFun=(Fun)*(add+i);
pFun();
}
return 0;
}测试结果如下:
从上图可以发现，基类和派生类对应方框内的都是第一个函数的地址被替换，另外两个是不变的。图中黄色方框内的值是无效的。粉红色方框内显示了多态调用的效果。
我们可以看见，三个父类虚函数表中的f()的位置被替换成了子类的函数指针。这样，我们就可以任一静态类型的父类来指向子类，并调用子类的f()了。如：
Derive d;
Base1 *b1 = &d;
Base2 *b2 = &d;
Base3 *b3 = &d;
b1->f(); //Derive::f()
b2->f(); //Derive::f()
b3->f(); //Derive::f()
b1->g(); //Base1::g()
b2->g(); //Base2::g()
b3->g(); //Base3::g()06. 安全性
每次写C++的文章，总免不了要批判一下C++。这篇文章也不例外。通过上面的讲述，相信我们对虚函数表有一个比较细致的了解了。水可载舟，亦可覆舟。下面，让我们来看看我们可以用虚函数表来干点什么坏事吧。
一、通过父类型的指针访问子类自己的虚函数
我们知道，子类没有重载父类的虚函数是一件毫无意义的事情。因为多态也是要基于函数重载的。虽然在上面的图中我们可以看到Base1的虚表中有Derive的虚函数，但我们根本不可能使用下面的语句来调用子类的自有虚函数：
Base1 *b1 = new Derive();
b1->f1(); //编译出错
任何妄图使用父类指针想调用子类中的未覆盖父类的成员函数的行为都会被编译器视为非法，所以，这样的程序根本无法编译通过。但在运行时，我们可以通过指针的方式访问虚函数表来达到违反C++语义的行为。（关于这方面的尝试，通过阅读后面附录的代码，相信你可以做到这一点）
二、访问non-public的虚函数
另外，如果父类的虚函数是private或是protected的，但这些非public的虚函数同样会存在于虚函数表中，所以，我们同样可以使用访问虚函数表的方式来访问这些non-public的虚函数，这是很容易做到的。
如：
class Base {
private:
virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
};
class Derive : public Base{};
typedef void(*Fun)(void);
void main() {
Derive d;
Fun pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d)+0);
pFun();
}