虚函数，看看吧

虚函数

说一个人后入为主，通常是说耳根子软，人家说什么就把原先的忘掉了，别人说向东走，他就向东走，一会儿有人说向西了，他立马赶回来。不过好处显而易见，这个人特别听话，如果你有时候不知道自己要干什么，或者不确定一会儿要干什么，那么就叫他在旁边等着，到你拿定主意的时候，再告诉他你的要求，让他照办。现实中这样的事情并不少见，秘书需要作记录、写报告、安排行程、联络客户等等，而这些工作都是在你的指示下去做的。如果编程的时候也有这么听话的代码就好了，当然这不是做梦，这完全可以实现。

求解方程时有一个未知数的概念，用一个可以为任意数的符号代表一个暂时不知道值的数，然后通过运算规则得到符合要求的值，用编程的角度来看，就是加上了一个间接层，我们暂时不处理数值，而是处理一个与数值有关的符号，如果变化的是数值也就是对应的属性，我们可以用成员变量来处理；如果变化的是运算规则呢？y=f（x），这个f(x)是可变的，要让我们的解决方案通用于各种可能的f(x)，那就要提供一个间接层来连接不同的函数，在C++中用函数指针就可以办到。

指针的作用就是可以保存某种类型的对象在内存中的位置，改变指针的值就可以让他指向不同对象。（指针本身也是一个类型）

编译器是如何实现对虚函数在运行时刻确定被调用函数的代码呢？也就是说，虚函数实际上是如何被编译器处理的呢？这里把“标准的”方式简单介绍一下。

“标准”方式，也就是所谓的“VTABLE”机制。编译器发现一个类中有被声明为virtual的函数，就会为其建立一个虚函数表，也就是VTABLE。VTABLE实际上是一个函数指针的数组，每个虚函数占用这个数组的一个位置。一个类只有一个VTABLE，不管它有多少个实例。派生类有自己的VTABLE，但是派生类的VTABLE与基类的VTABLE有相同的函数排列顺序，同名的虚函数被放在两个数组的相同位置上。在创建类实例（对象）的时候，编译器还会在每个实例的内存中增加一个vptr字段(虚函数表指针)，该字段指向本类的VTABLE。通过这些手段，编译器在看到一个虚函数调用的时候，就会将这个调用改写，如下面的例子：

class A
{
public:
virtual void foo() { cout << "A::foo() is called" << endl;}
};

class B: public A
{
public:
virtual void foo() { cout << "B::foo() is called" << endl;}
};

那么，在使用的时候，我们可以：

A * a = new B();
a->foo(); // 在这里，a虽然是指向A的指针，但是被调用的函数(foo)却是B的!

void bar(A * a)
{
a->foo(); // 被调用的是A::foo() 还是B::foo()？
}
因为foo()是个虚函数，所以在bar这个函数中，只根据这段代码，无法确定这里被调用的是A::foo()还是B::foo()，但是可以肯定的说：如果a指向的是A类的实例，则A::foo()被调用，如果a指向的是B类的实例，则B::foo()被调用。

编译时bar这个函数会被改写为：

void bar(A * a)
{
(a->vptr[1])();
}

因为派生类和基类的foo()函数具有相同的VTABLE索引，而他们的vptr又指向不同的VTABLE，因此通过这样的方法可以在运行时刻决定调用哪个foo()函数。

虽然实际情况远非这么简单，但是基本原理大致如此。如类X的对象模型如下图所示:

　　虚函数的多态性只能通过对象指针或对象的引用调用来实现，如下的调用：
　

X obj;
X* ptr = &obj; X& ref = obj;
ptr->VirtualFunc();
ref.VirtualFunc();

　　将被C++编译器转换为如下的形式。
　

( *ptr->vptr[2] )(ptr);
( *ptr->vptr[2] )(&ref);

　　其中的2表示VirtualFunc在类的虚函数表的第2个槽位。因此，在C++中用函数指针实现虚函数，编译器在类中隐藏了一个函数指针数组（因为成员函数可能有很多，叫做虚函数表）。显然这里增加了一个寻找函数位置的步骤，所以，使用虚函数将降低执行效率，需要在效率和灵活性之间的取舍。虚函数的调用相当于一个C的函数指针调用，其效率也并未降低多少。

我们用C++来看一下虚函数的效果

#include <iostream>

#include <stdlib.h>

class NormalA{

public:

void DoSomething( void ){ cout << "This is class NormalA." << endl; }

};

class NormalB : public NormalA{

public:

void DoSomething( void ){ cout << "This is class NormalB." << endl; }

};

class NormalC : public NormalB{

public:

void DoSomething( void ){ cout << "This is class NormalC." << endl; }

};

class VirtualA{

public:

virtual void DoSomething( void ){ cout << "This is class VirtualA." << endl; }

};

class VirtualB : public VirtualA{

public:

void DoSomething( void ){ cout << "This is class VirtualB." << endl; }

};

class VirtualC : public VirtualB{

public:

void DoSomething( void ){ cout << "This is class VirtualC." << endl; }

};

int main()

{

NormalA na;

NormalB nb;

NormalC nc;

VirtualA va;

VirtualB vb;

VirtualC vc;

NormalA * pna;

VirtualA * pva;

na.DoSomething();

nb.DoSomething();

nc.DoSomething();

　

va.DoSomething();

vb.DoSomething();

vc.DoSomething();

　

pna = &na;

pna->DoSomething();

pna = &nb;

pna->DoSomething();

pna = &nc;

pna->DoSomething();

　

pva = &va;

pva->DoSomething();

pva = &vb;

pva->DoSomething();

pva = &vc;

pva->DoSomething();

cin.get();

return 0;

}

结果是

This is class NormalA. //调用的是NormalA：：DoSomething();

This is class NormalB. //调用的是NormalB：：DoSomething();

This is class NormalC. //调用的是NormalC：：DoSomething();

This is class VirtualA. //调用的是VirtualA：：DoSomething();

This is class VirtualB. //调用的是VirtualB：：DoSomething();

This is class VirtualC. //调用的是VirtualC：：DoSomething();

This is class NormalA. //调用的是NormalA：：DoSomething(); 没有虚函数表，NormalA *指定了类型

This is class VirtualA. //调用的是VirtualA：：DoSomething(); 虚函数表指针指向的是VirtualA

This is class VirtualB. //调用的是VirtualB：：DoSomething(); 虚函数表指针指向的是VirtualB

This is class VirtualC. //调用的是VirtualC：：DoSomething(); 虚函数表指针指向的是VirtualC

posted on 2005-12-19 10:01 Richard 阅读(262) 评论(0) 编辑收藏举报

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