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虚函数表的设计和多态的实现

news 2025/4/28 10:17:45

虚表指针

类直接定义虚函数：编译器自动在对象头部插入 vptr。

继承含虚函数的父类：子类复用父类的 vptr，不会创建新的vptr

单继承（子类继承一个含虚函数的父类）

1.创建新的虚函数表

2.沿用父类的虚表指针（vptr）指向新虚表（vtable）

3.重写父类虚函数，覆盖虚表中原函数指针

4.新增虚函数，往虚表中加函数指针

5.vptr 通常位于对象的头 4/8 字节

class Base {
public:virtual void foo() {}  // vptr 指向 Base 的虚表int a;
};class Derived : public Base {
public:virtual void foo() override {}  // 重写，虚表更新virtual void bar() {}          // 新增虚函数，追加到虚表int b;
};[ vptr ]  --> 指向 Derived 的虚表（含 foo 和 bar）
[ a ]     // Base::a
[ b ]     // Derived::b

多继承（继承多个含虚函数的父类）

1.创建新的虚函数表，有几个父类就新建几个

2.沿用父类的虚表指针指向新虚表

3.重写父类虚函数，覆盖对应虚表中原函数指针

4.新增虚函数，往第一张虚表中加函数指针

class Base1 {
public:virtual void foo1() {}  // Base1 有 vptrint b1;
};class Base2 {
public:virtual void foo2() {}  // Base2 有 vptrint b2;
};class Derived : public Base1, public Base2 {
public:virtual void foo1() override {}  // 重写 Base1::foo1virtual void bar() {}           // 新增虚函数，追加到 Base1 的虚表int d;
};[ Base1::vptr ]  --> 指向 Derived 为 Base1 新建的虚表（含 foo1 和 bar）
[ Base1::b1 ]    // Base1 的成员
[ Base2::vptr ]  --> 指向 Derived 为 Base2 新建的虚表（仅含 foo2）
[ Base2::b2 ]    // Base2 的成员
[ Derived::d ]   // 子类新增成员

一些问题

1.虚函数表需要对象的指针才可以找到，所以静态成员函数，友元函数玩不了

2.析构函数设为虚函数，在delete父类指针时，通过去虚表中查找可以正确调用子类析构，避免内存泄漏

3.内联函数和虚函数是冲突的，内联函数会将函数的指令展开在程序中，而虚函数是通过虚表去查找调用

多态的实现

1.引用的底层是指针