C++中的虛函數(shù)如何用

本篇內(nèi)容主要講解“C++中的虛函數(shù)如何用”，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)如何用”吧!

虛函數(shù)調(diào)用屬于運(yùn)行時(shí)多態(tài)，在類的繼承關(guān)系中，通過(guò)父類指針來(lái)調(diào)用不同子類對(duì)象的同名方法，而產(chǎn)生不同的效果。

C++ 中的多態(tài)是通過(guò)晚綁定（對(duì)象構(gòu)造時(shí)）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

用法

在函數(shù)之前聲明關(guān)鍵字 virtual 表示這是一個(gè)虛函數(shù)，在函數(shù)后增加一個(gè) = 0 表示這是一個(gè)純虛函數(shù)，純虛函數(shù)的類不能創(chuàng)建具體實(shí)例。

該示例作后文分析使用，一個(gè)包含純虛函數(shù)的父類，一個(gè)重寫了父類方法的子類，一個(gè)無(wú)繼承的類。

struct Base {
  Base() : val(7777) {}
  virtual int fuck(int a) = 0;
  int val;
};

struct Der : public Base {
  Der() = default;
  int fuck(int a) override { return val + 4396; }
};

struct A {
  A() = default;
  void funny(int a) {}
};

int main() {
  Der der;
  Base *pbase = &der;
  pbase->fuck(sizeof(Der)); // 調(diào)用 Der::fuck(int a);

  A a;
  a.funny(sizeof(A)); // A::funny(int a);

  return 3;
}

實(shí)現(xiàn)

原來(lái)就了解虛函數(shù)是通過(guò)虛表的偏移來(lái)獲取實(shí)際調(diào)用函數(shù)地址來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是在何時(shí)確定這個(gè)偏移和具體的偏移細(xì)節(jié)也沒(méi)有說(shuō)明，今兒個(gè)來(lái)探探究竟。

拿上面的代碼進(jìn)行反匯編獲提取部分函數(shù)，main，Base::Base(), Base::fuck(), Der::Der(), Der::fuck, A::funny() 如下：

_ZN4BaseC2Ev:
.LFB1:
  .cfi_startproc
  pushq  %rbp
  .cfi_def_cfa_offset 16
  .cfi_offset 6, -16
  movq  %rsp, %rbp
  .cfi_def_cfa_register 6
  movq  %rdi, -8(%rbp)  // 還是 main 函數(shù)的棧幀 -32(%rpb) 的地址
  leaq  16+_ZTV4Base(%rip), %rdx // 關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)了，取虛表偏移 16 的地址也就是 __cxa_pure_virtual，這里是沒(méi)有意義的
  movq  -8(%rbp), %rax
  movq  %rdx, (%rax)   // 將 __cxa_pure_virtual 的地址存放在 地址rax 的內(nèi)存中（這個(gè)例子中也就是main 函數(shù)的棧幀 -32(%rpb) 的地方）， 
  movq  -8(%rbp), %rax  // 然后往后偏移 8 個(gè)字節(jié)，也就是跳過(guò)虛表指針，對(duì)成員變量 val 初始化。
  movl  $7777, 8(%rax)
  nop           // 注：上面是用這個(gè)示例中實(shí)際的地址帶入的，實(shí)際上對(duì)于一個(gè)有的類的處理是一個(gè)通用邏輯的，構(gòu)造函數(shù)傳入的第一個(gè)參數(shù) rdi 是 this 指針，由于有虛表存在的影響，這里會(huì)修改 this 指針?biāo)诘刂返膬?nèi)容，也就是虛表的偏移地址（非起始地址）
  popq  %rbp
  .cfi_def_cfa 7, 8
  ret
  .cfi_endproc
.LFE1:
  .size  _ZN4BaseC2Ev, .-_ZN4BaseC2Ev
  .weak  _ZN4BaseC1Ev
  .set  _ZN4BaseC1Ev,_ZN4BaseC2Ev
  .section  .text._ZN3Der4fuckEi,"axG",@progbits,_ZN3Der4fuckEi,comdat
  .align 2
  .weak  _ZN3Der4fuckEi
  .type  _ZN3Der4fuckEi, @function
_ZN3Der4fuckEi:
.LFB3:
  .cfi_startproc
  pushq  %rbp
  .cfi_def_cfa_offset 16
  .cfi_offset 6, -16
  movq  %rsp, %rbp
  .cfi_def_cfa_register 6
  movq  %rdi, -8(%rbp)
  movl  %esi, -12(%rbp)
  movq  -8(%rbp), %rax
  movl  8(%rax), %eax  // 成員變量 val，val 是從 rdi 中偏移 8 字節(jié)取的值
  addl  $4396, %eax   // val + 4396
  popq  %rbp
  .cfi_def_cfa 7, 8
  ret
  .cfi_endproc
.LFE3:
  .size  _ZN3Der4fuckEi, .-_ZN3Der4fuckEi
  .section  .text._ZN1A5funnyEi,"axG",@progbits,_ZN1A5funnyEi,comdat
  .align 2
  .weak  _ZN1A5funnyEi
  .type  _ZN1A5funnyEi, @function
_ZN1A5funnyEi:
.LFB4:
  .cfi_startproc
  pushq  %rbp
  .cfi_def_cfa_offset 16
  .cfi_offset 6, -16
  movq  %rsp, %rbp
  .cfi_def_cfa_register 6
  movq  %rdi, -8(%rbp)
  movl  %esi, -12(%rbp)
  nop
  popq  %rbp
  .cfi_def_cfa 7, 8
  ret
  .cfi_endproc
.LFE4:
  .size  _ZN1A5funnyEi, .-_ZN1A5funnyEi
  .section  .text._ZN3DerC2Ev,"axG",@progbits,_ZN3DerC5Ev,comdat
  .align 2
  .weak  _ZN3DerC2Ev
  .type  _ZN3DerC2Ev, @function
_ZN3DerC2Ev:
.LFB7:
  .cfi_startproc
  pushq  %rbp
  .cfi_def_cfa_offset 16
  .cfi_offset 6, -16
  movq  %rsp, %rbp
  .cfi_def_cfa_register 6
  subq  $16, %rsp
  movq  %rdi, -8(%rbp)  // rdi 是取的 main 棧幀 -32(%rbp) 的地址
  movq  -8(%rbp), %rax
  movq  %rax, %rdi
  call  _ZN4BaseC2Ev   // Base 的構(gòu)造函數(shù)，并且又把傳進(jìn)來(lái)的參數(shù)作為實(shí)參傳進(jìn)去了，這里跟蹤進(jìn)去
  leaq  16+_ZTV3Der(%rip), %rdx // 取虛表偏移16字節(jié) _ZN3Der4fuckEi 的地址 
  movq  -8(%rbp), %rax
  movq  %rdx, (%rax)   // rax 在之前的 Base構(gòu)造函數(shù)中是被修改了的，這里將繼續(xù)修改內(nèi)容，前一次的修改失效。
  nop
  leave
  .cfi_def_cfa 7, 8
  ret
  .cfi_endproc
.LFE7:
  .size  _ZN3DerC2Ev, .-_ZN3DerC2Ev
  .weak  _ZN3DerC1Ev
  .set  _ZN3DerC1Ev,_ZN3DerC2Ev
  .text
  .globl main
  .type  main, @function
main:
.LFB5:
  .cfi_startproc
  pushq  %rbp
  .cfi_def_cfa_offset 16
  .cfi_offset 6, -16
  movq  %rsp, %rbp
  .cfi_def_cfa_register 6
  subq  $48, %rsp
  leaq  -32(%rbp), %rax // 取 -32(%rbp) 的地址，對(duì)應(yīng) Base *pbase;
  movq  %rax, %rdi
  call  _ZN3DerC1Ev   // 調(diào)用了構(gòu)造函數(shù)，并且以-32(%rbp) 的地址作為參數(shù)，這里跟蹤進(jìn)去
  leaq  -32(%rbp), %rax // -32(%rbp) 被修改，該內(nèi)存中的內(nèi)容為 Der 虛表的偏移地址 
  movq  %rax, -8(%rbp)
  movq  -8(%rbp), %rax
  movq  (%rax), %rax  // rax = M[rax]，取出虛表偏移中的地址
  movq  (%rax), %rdx  // rdx = M[rax] , 取出虛表偏移的內(nèi)容（也就是函數(shù)地址），算上上面這是做了兩次解引用
  movq  -8(%rbp), %rax
  movl  $16, %esi    // sizeof(Der) = 16, 包含一個(gè)虛表指針和 int val;
  movq  %rax, %rdi   // 虛表偏移中的地址
  call  *%rdx      // 調(diào)用函數(shù)
  leaq  -33(%rbp), %rax
  movl  $1, %esi
  movq  %rax, %rdi
  call  _ZN1A5funnyEi  // 普通成員函數(shù)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單
  movl  $3, %eax
  leave
  .cfi_def_cfa 7, 8
  ret
  .cfi_endproc
.LFE5:
  .size  main, .-main
  .weak  _ZTV3Der
  .section  .data.rel.ro.local._ZTV3Der,"awG",@progbits,_ZTV3Der,comdat
  .align 8
  .type  _ZTV3Der, @object
  .size  _ZTV3Der, 24
_ZTV3Der:
  .quad  0
  .quad  _ZTI3Der
  .quad  _ZN3Der4fuckEi // Der::fuck(int a);
  .weak  _ZTV4Base
  .section  .data.rel.ro._ZTV4Base,"awG",@progbits,_ZTV4Base,comdat
  .align 8
  .type  _ZTV4Base, @object
  .size  _ZTV4Base, 24
_ZTV4Base:
  .quad  0
  .quad  _ZTI4Base
  .quad  __cxa_pure_virtual // 純虛函數(shù)，無(wú)對(duì)應(yīng)符號(hào)表
  .weak  _ZTI3Der
  .section  .data.rel.ro._ZTI3Der,"awG",@progbits,_ZTI3Der,comdat
  .align 8
  .type  _ZTI3Der, @object
  .size  _ZTI3Der, 24

現(xiàn)在是一個(gè)純虛函數(shù)，類中也沒(méi)有虛析構(gòu)函數(shù)，通過(guò)反匯編來(lái)看一些這個(gè)實(shí)現(xiàn)。

_ZTV3Der 和 _ZTV4Base 是兩個(gè)虛表，大小為 24, 8 字節(jié)對(duì)齊,分別對(duì)應(yīng) Der 子類和 Base 父類。虛表中偏移 16 字節(jié)（偏移大小可能和實(shí)現(xiàn)相關(guān)）為虛函數(shù)地址，每次構(gòu)造函數(shù)的被調(diào)用的時(shí)候，會(huì)將該偏移地址存儲(chǔ)到父類指針?biāo)趦?nèi)存中，所以在上代碼中看到，在 Base 和 Der 類的構(gòu)函數(shù)中都出現(xiàn)了設(shè)置偏移地址的操作，但是子類構(gòu)造函數(shù)會(huì)覆蓋父類的修改。這樣一來(lái)，實(shí)際的函數(shù)運(yùn)行地址依賴構(gòu)造函數(shù)，子類對(duì)象被構(gòu)造就調(diào)用子類的方法，父類構(gòu)造就調(diào)用父類的方法（非純虛函數(shù)），實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行時(shí)多態(tài)。

增加一個(gè)虛函數(shù)后, 后面的虛函數(shù)地址就添加到虛表之中，如下

virtual void Base::shit() {}
void Der::shit() override {}

_ZTV3Der:
  .quad  0
  .quad  _ZTI3Der
  .quad  _ZN3Der4fuckEi
  .quad  _ZN3Der4shitEv
  .weak  _ZTV4Base
  .section  .data.rel.ro._ZTV4Base,"awG",@progbits,_ZTV4Base,comdat
  .align 8
  .type  _ZTV4Base, @object
  .size  _ZTV4Base, 32
_ZTV4Base:
  .quad  0
  .quad  _ZTI4Base
  .quad  __cxa_pure_virtual
  .quad  _ZN4Base4shitEv
  .weak  _ZTI3Der
  .section  .data.rel.ro._ZTI3Der,"awG",@progbits,_ZTI3Der,comdat
  .align 8
  .type  _ZTI3Der, @object
  .size  _ZTI3Der, 24

再調(diào)用另外一個(gè)虛函數(shù)就簡(jiǎn)單很多了，直接地址進(jìn)行偏移（這里shit在fuck之后，所以+8）

 movq  -8(%rbp), %rax
  movq  (%rax), %rax
  addq  $8, %rax
  movq  (%rax), %rdx
  movq  -8(%rbp), %rax
  movq  %rax, %rdi
  call  *%rdx

簡(jiǎn)單畫了一下虛函數(shù)運(yùn)行的內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖

到此，相信大家對(duì)“C++中的虛函數(shù)如何用”有了更深的了解，不妨來(lái)實(shí)際操作一番吧！這里是億速云網(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)！