C++中的虚函数

C++中的虚函数

引言

C++中的虚函数，是实现C++多态的一个重要手段。这里会介绍一下虚函数和RTTI。

一、虚函数表和虚函数表的指针

要了解C++是如何实现虚函数这功能，首先我们就要了解一个重要概念：虚函数表（Virtual Tables，之后简称vtbls）。

虚函数表是类额外的一个静态数组。其中存放该类的虚函数信息等。

在编译的时候，编译器同时也会为基类创建一个成员变量：用于存放类对象的虚拟表的位置（virtual Table Pointers，之后简称vptrs）。

下面举一个例子来解释虚函数表。

class CBase
{
public:
    virtual void f1();
    virtual void f2(int i);
    void f3(const char * p);
};
class CSub1 : publicCBase
{
public:
    virtual void f1();
};
class CSub2 : publicCBase
{
public:
    virtual void f2(int i);
};
 
int _tmain(int argc,_TCHAR* argv[])
{
    CBase * p1 = newCSub1();
    p1->f1();
    p1->f2(1);
    delete p1;
 
    CBase * p2 = newCSub2();
    p2->f1();
    p2->f2(1);
    delete p2;
 
    return 0;
}

下图便是其中虚函数表的具体情况

图1.1

在程序中，new CSub1(),系统为这个new出来的对象的创建一个数组，存放了CSub1对象的虚函数信息，并且将这个数组的地址赋值给该对象的vptrs。

接下来将CSub1对象的地址付给了指针p1。而这个指针的类型是CBase*，但是它所指向的对象却是CSub1。

当执行语句p1->f1()的时候，利用指针找到内存中的CSub1对象，随后再通过该对象的vptrs找到CSub1对象的虚函数表，在表中找到了虚函数f1实现的地址，找到真正的f1函数。可以看图1.1，CSub1的f1所指向的是CSub1自己的类成员函数f1。

当执行语句p1->f2(1)的时候，和上面的步骤一样，最终找到了CBase的f2。

同样p2指针也类似，这里就不做累述。

二、RTTI

Run-Time Type Information,在程序运行时，能够判断一个对象的类型。承接上一节提到的静态类型和动态类型。

void deal(CBase * p);
……
deal(new CSub1());

这里作为函数deal的参数p的静态类型是CBase*，这是在编译器进行编译的时候，能够判断的类型。但是，如果我们将CBase的子类CSub1的对象的指针作为参数给p赋值后，p的动态类型便是CSub1。所谓动态类型便是在程序运行的时候，对象实际的类型。这就是RTTI要做得事。

 

对于RTTI，其中介绍两个个操作。

（1）dynamic_cast，用于多态类型的转换。经常被用来将基类对象的指针转换成子类对象的指针。

比如：

CBase * p = newCSub1();
CSub1 * ps1 = p;//1
CSub1 * ps1 =dynamic_cast<CSub1 *>(p); //2

上面第一种转换，编译器是无法通过的，但是第二种转换编译是没有问题的。

 

（2）typeid，用于确定对象的精确类型。记住这里是对象的类型，传入一个指针，它只会去判断这个指针的类型，而不是这个指针指向对象的类型。

CBase * p1 = newCSub1();
CBase * p2 = newCSub2();
CBase * p = newCBase();
cout<<"typeid(p).name():"<<typeid(p).name()<<endl;
cout<<"typeid(p1).name():"<<typeid(p1).name()<<endl;
cout<<"typeid(p2).name():"<<typeid(p2).name()<<endl;
cout<<"typeid(*p).name():"<<typeid(*p).name()<<endl;
cout<<"typeid(*p1).name():"<<typeid(*p1).name()<<endl;
cout<<"typeid(*p2).name():"<<typeid(*p2).name()<<endl;
delete p1;
delete p2;
delete p;

这里的输出便是：

其实typeid这个操作返回的类型是type_info（这里就不再做介绍了）。

三、总结

在C++中利用虚函数，可以实现很多面向对象的模式。可以在设计模式（Design Pattern）中的各处找到虚函数的影子，所以要怎么用好虚函数，可以去参考设计模式。