本篇內(nèi)容主要講解“c++中的虛函數(shù)”，感興趣的朋友不妨來(lái)看看。本文介紹的方法操作簡(jiǎn)單快捷，實(shí)用性強(qiáng)。下面就讓小編來(lái)帶大家學(xué)習(xí)“c++中的虛函數(shù)”吧!
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匯編語(yǔ)言是難讀的，特別是對(duì)一些沒(méi)有匯編基礎(chǔ)的朋友，因此，本文將匯編翻譯成相應(yīng)的C語(yǔ)言，以方便讀者分析問(wèn)題。
1. 代碼
為了方便表述問(wèn)題，本文選取只有虛函數(shù)的兩個(gè)類，當(dāng)然，還有它的構(gòu)造函數(shù)，如下：
[cpp] view
plaincopyprint?
class Base
{
public:
virtual void f() { }
virtual void g() { }
};
class Derive : public Base
{
public:
virtual void f() {}
};
int main()
{
Derive d;
Base *pb;
pb = &d;
pb->f();
return 0;
}
2. 兩個(gè)類的虛函數(shù)表(vtable)
使用g++ –Wall –S test.cpp命令，可以將上述的C++代碼生成它相應(yīng)的匯編代碼。
[cpp] view
plaincopyprint?
_ZTV4Base:
.long 0
.long _ZTI4Base
.long _ZN4Base1fEv
.long _ZN4Base1gEv
.weak _ZTS6Derive
.section .rodata._ZTS6Derive,"aG",@progbits,_ZTS6Derive,comdat
.type _ZTS6Derive, @object
.size _ZTS6Derive, 8
_ZTV4Base是一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)，它的命名規(guī)則是根據(jù)g++的內(nèi)部規(guī)則來(lái)命名的，如果你想查看它真正表示C++的符號(hào)名，可使用c++filt命令來(lái)轉(zhuǎn)換，例如：
[lyt@t468 ~]$ c++filt _ZTV4Base
vtable for Base
_ZTV4Base符號(hào)(或者變量)可看作為一個(gè)數(shù)組，它的第一項(xiàng)是0，第二項(xiàng)_ZIT4Base是關(guān)于Base的類型信息，這與typeid有關(guān)。為方便討論，我們略去此二項(xiàng)數(shù)據(jù)。 因此Base類的vtable的結(jié)構(gòu)，翻譯成相應(yīng)的C語(yǔ)言定義如下：
[cpp] view
plaincopyprint?
unsigned long Base_vtable[] = {
&Base::f(),
&Base::g(),
};
而Derive的更是類似，只有稍為有點(diǎn)不同：
[cpp] view
plaincopyprint?
_ZTV6Derive:
.long 0
.long _ZTI6Derive
.long _ZN6Derive1fEv
.long _ZN4Base1gEv
.weak _ZTV4Base
.section .rodata._ZTV4Base,"aG",@progbits,_ZTV4Base,comdat
.align 8
.type _ZTV4Base, @object
.size _ZTV4Base, 16
相應(yīng)的C語(yǔ)言定義如下：
[cpp] view
plaincopyprint?
unsigned long Derive_vtable[] = {
&Derive::f(),
&Base::g(),
};
從上面兩個(gè)類的vtable可以看到，Derive的vtable中的第一項(xiàng)重寫(xiě)了Base類vtable的第一項(xiàng)。只要子類重寫(xiě)了基類的虛函數(shù)，那么子類vtable相應(yīng)的項(xiàng)就會(huì)更改父類的vtable表項(xiàng)。 這一過(guò)程是編譯器自動(dòng)處理的，并且每個(gè)的類的vtable內(nèi)容都放在數(shù)據(jù)段里面。
3. 誰(shuí)讓對(duì)象與vtable綁到一起
上述代碼只是定義了每個(gè)類的vtable的內(nèi)容，但我們知道，帶有虛函數(shù)的對(duì)象在它內(nèi)部都有一個(gè)vtable指針，指向這個(gè)vtable，那么是何時(shí)指定的呢？ 只要看看構(gòu)造函數(shù)的匯編代碼，就一目了然了：
Base::Base()函數(shù)的編譯代碼如下：
[cpp] view
plaincopyprint?
_ZN4BaseC1Ev:
.LFB6:
.cfi_startproc
.cfi_personality 0x0,__gxx_personality_v0
pushl %ebp
.cfi_def_cfa_offset 8
movl %esp, %ebp
.cfi_offset 5, -8
.cfi_def_cfa_register 5
movl 8(%ebp), %eax
movl $_ZTV4Base+8, (%eax)
popl %ebp
ret
.cfi_endproc
ZN4BaseC1Ev這個(gè)符號(hào)是C++函數(shù)Base::Base() 的內(nèi)部符號(hào)名，可使用c++flit將它還原。C++里的class，可以定義數(shù)據(jù)成員，函數(shù)成員兩種。但轉(zhuǎn)化到匯編層面時(shí)，每個(gè)對(duì)象里面真正存放的是數(shù)據(jù)成員，以及虛函數(shù)表。
在上面的Base類中，由于沒(méi)有數(shù)據(jù)成員，因此它只有一個(gè)vtable指針。故Base類的定義，可以寫(xiě)成如下相應(yīng)的C代碼：
[cpp] view
plaincopyprint?
struct Base {
unsigned long **vtable;
}
構(gòu)造函數(shù)中最關(guān)鍵的兩句是：
movl 8(%ebp), %eax
movl $_ZTV4Base+8, (%eax)
$_ZTV4Base+8 就是Base類的虛函數(shù)表的開(kāi)始位置，因此，構(gòu)造函數(shù)對(duì)應(yīng)的C代碼如下：
[cpp] view
plaincopyprint?
void Base::Base(struct Base *this)
{
this->vtable = &Base_vtable;
}
同樣地，Derive類的構(gòu)造函數(shù)如下：
[cpp] view
plaincopyprint?
struct Derive {
unsigned long **vtable;
};
void Derive::Derive(struct Derive *this)
{
this->vtable = &Derive_vtable;
}
4. 實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)多態(tài)的最關(guān)鍵一步
在造構(gòu)函數(shù)里面設(shè)置好的vtable的值，顯然，同一類型所有對(duì)象內(nèi)的vtable值都是一樣的，并且永遠(yuǎn)不會(huì)改變。下面是main函數(shù)生成的匯編代碼，它展示了C++如何利用vtable來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)多態(tài)。
[cpp] view
plaincopyprint?
.globl main
.type main, @function
main:
.LFB3:
.cfi_startproc
.cfi_personality 0x0,__gxx_personality_v0
pushl %ebp
.cfi_def_cfa_offset 8
movl %esp, %ebp
.cfi_offset 5, -8
.cfi_def_cfa_register 5
andl $-16, %esp
subl $32, %esp
leal 24(%esp), %eax
movl %eax, (%esp)
call _ZN6DeriveC1Ev
leal 24(%esp), %eax
movl %eax, 28(%esp)
movl 28(%esp), %eax
movl (%eax), %eax
movl (%eax), %edx
movl 28(%esp), %eax
movl %eax, (%esp)
call *%edx
movl $0, %eax
leave
ret
.cfi_endproc
andl $-16, %esp
subl $32, %esp
這兩句是為局部變量d和bp在堆棧上分配空間，也即如下的語(yǔ)句：
Derive d;
Base *pb;
leal 24(%esp), %eax
movl %eax, (%esp)
call _ZN6DeriveC1Ev
esp+24是變量d的首地址，先將它壓到堆棧上，然后調(diào)用d的構(gòu)造函數(shù)，相應(yīng)翻譯成C語(yǔ)言則如下：
Derive::Dervice(&d);
leal 24(%esp), %eax
movl %eax, 28(%esp)
這里其實(shí)是將&d的值賦給pb，也即：
pb = &d;
最關(guān)鍵的代碼是下面這一段：
[cpp] view
plaincopyprint?
movl 28(%esp), %eax
movl (%eax), %eax
movl (%eax), %edx
movl 28(%esp), %eax
movl %eax, (%esp)
call *%edx
翻譯成C語(yǔ)言也就傳神的那句：
pb->vtable[0](bp);
編譯器會(huì)記住f虛函數(shù)放在vtable的第0項(xiàng)，這是編譯時(shí)信息。
5. 小結(jié)
這里省略了很多關(guān)于編譯器和C++的細(xì)枝未節(jié)，是出于討論方便用的需要。從上面的編譯代碼可以看到以下信息：
1.每個(gè)類都有各有的vtable結(jié)構(gòu)，編譯會(huì)正確填寫(xiě)它們的虛函數(shù)表
2. 對(duì)象在構(gòu)造函數(shù)時(shí)，設(shè)置vtable值為該類的虛函數(shù)表
3.在指針或者引用時(shí)調(diào)用虛函數(shù)，是通過(guò)object->vtable加上虛函數(shù)的offset來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
當(dāng)然這僅僅是g++的實(shí)現(xiàn)方式，它和VC++的略有不同，但原理是一樣的。
到此，相信大家對(duì)“c++中的虛函數(shù)”有了更深的了解，不妨來(lái)實(shí)際操作一番吧！這里是創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進(jìn)入相關(guān)頻道進(jìn)行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！
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