C++中虚函数多态实现原理分析

首先我用下面这一段代码来测试：

#include <iostream>
using namespace std;

class TheBase
{
public:
    TheBase();
    TheBase(int);
    virtual void PrintInfo();
    virtual void PrintItself();
    virtual void PrintTest();
private:
    int m_mem;
};

TheBase::TheBase()
{
    m_mem = 0;
}
TheBase::TheBase(int value)
{
    m_mem = value;
}
void TheBase::PrintInfo()
{
    cout<<"Hello, you have Enter the TheBase::PrintInfo function"<<endl;
}
void TheBase::PrintItself()
{
    cout<<"I am TheBase class"<<endl;
}
void TheBase::PrintTest()
{
    cout<<"Hello, you have Enter the TheBase::PrintTest function"<<endl;
}
//用一个类来继承
class TheSon : public TheBase
{
public:
    TheSon();
    TheSon(int);
    void PrintInfo();
    void PrintItself();
};

TheSon::TheSon()
{
}
TheSon::TheSon(int value):TheBase(value)
{
}
void TheSon::PrintInfo()
{
    cout<<"Hello, you have Enter the TheSon::PrintInfo function"<<endl;
}

void TheSon::PrintItself()
{
    cout<<"I am TheSon class"<<endl;
}


int main()
{
    TheBase* test = new TheSon(10);
    test->PrintInfo();
    test->PrintItself();
    test->PrintTest();
    delete test;
    return 0;
}

相信大家很容易看懂这段代码了，运行结果就可想而知了。但是我们有没有问过问什么会这样呢？虚函数表现出来的动态链编是怎样实现的呢？

对于这些疑问，我现在慢慢分析。

首先就是要确定我们在用test调用函数的时候，到底做了什么事。要知道这些，我通过了反汇编看了一些，同时为了便于分析，我采用的debug版本的。

 

mov eax, [ebp+var_20]; 将类指针传给eax

mov [ebp+var_14], eax

mov [ebp+var_4], 0FFFFFFFFh

mov ecx, [ebp+var_14]

mov [ebp+var_10], ecx

mov edx, [ebp+var_10]

mov eax, [edx];取得类中的虚函数表的起始地址

mov esi, esp

mov ecx, [ebp+var_10]

call dword ptr [eax];调用虚函数表中的第一个函数

根据注释相信大家就能够分析出最后一条call dword ptr [eax]就是调用虚函数表中的第一个函数了，很明显就是PrintInfo，可虚函数表是怎样的呢？我们来看一下子。

.rdata:004320C3                 db    0
.rdata:004320C4 ; const TheSon::`vftable'
.rdata:004320C4 @ dd offset
.rdata:004320C4                                         ; DATA XREF: TheSon::TheSon(void)+28o
.rdata:004320C4                                         ; TheSon::TheSon(int)+2Co
.rdata:004320C4                                         ; TheSon::PrintInfo(void)
.rdata:004320C8                 dd offset ; TheSon::PrintItself(void)
.rdata:004320CC                 dd offset ; TheBase::PrintTest(void)

上面对应的就是TheSon类的虚函数表，相信知道命名粉碎的人都能够看懂上面的代表的含义。不过不了解的话也不要紧，不会有影响我们的理解。大家只需要知道第一个是函数的名字，接着跟的是这个函数所在的类名，后面的是参数规则，在这里就不多说了。

很明显第一个函数是PrintInfo，第二个函数是PrintItself，同时这两个函数所在的类都是TheSon。我们仔细看第三个函数，他的名字是PrintTest，但是所属的类是TheBase，并不是TheSon.可想而知即便我们采用TheSon的对象来调用的话也是调用TheBase中的函数PrintTest。造成这个的原因是：我们在TheSon类中没有管父类中的PrintTest函数，导致编译器默认为没有了虚函数的特性了，也就丧失了虚函数的特性了。

弄清楚了虚函数是通过虚函数表来实现的，那么虚函数是怎样建立的，在什么时候被建立的呢？

要弄清楚这，还得从new创建一个TheSon对象开始说起：

push 8 ; unsigned int 传递的是给new函数的参数，大小是8，为什么？虚函数表地址4字节 + 一个int类型的变量 = 8

call ??2@YAPAXI@Z ; operator new(uint)  调用new来分配空间，当然返回值在eax中。

push 0Ah   ;我们传递个TheSon构造函数的参数是10，所以这里是0Ah

mov ecx, [ebp+var_18];将类的this指针给ecx，其实就是我们前面分配的空间的地址。

call j_??0TheSon@@QAE@H@Z ; TheSon::TheSon(int) 调用TheSon的构造函数。

进入到类的构造函数中：熟悉C++的人知道，首先就要进行父类的初始化，这个过程是通过调用父类的构造函数实现的。的确代码就是这样执行的。

push eax   ;eax保存的就是我们传递的参数10，现在我们要传递给父类，因为变量在父类中。

mov ecx, [ebp+var_4]  ;这个过程是讲this指针交给ecx，当然现在这个this指针是子类的。其实对于汇编来说
                      ;根本就没有这个说法

call j_??0TheBase@@QAE@H@Z ; TheBase::TheBase(int) ;果然，调用了父类的构造函数，参数是通过压栈传入的。

现在就要进入父类的构造函数了。

mov [ebp+var_4], ecx   ;将this指针交个了一个局部变量

mov eax, [ebp+var_4]   ;又交给了eax

mov dword ptr [eax], offset ??_7TheBase@@6B@ ; const TheBase::`vftable'  ;现在就要填充虚函数表的地址了。

mov ecx, [ebp+var_4]   ;又将this交给了eax，用于返回。

当然上面填充的虚函数表是父类的，那么是怎样的呢？

.rdata:0043201C ; const TheBase::`vftable'
.rdata:0043201C @ dd offset
.rdata:0043201C                                         ; DATA XREF: TheBase::TheBase(void)+20o
.rdata:0043201C                                         ; TheBase::TheBase(int)+20o
.rdata:0043201C                                         ; TheBase::PrintInfo(void)
.rdata:00432020                 dd offset ; TheBase::PrintItself(void)
.rdata:00432024                 dd offset ; TheBase::PrintTest(void)

相信大家有前面的基础现在看这个表不是很困难。但是将父类的表交给了this指针所指的对象，而this指针有没有类型之分，同时this指针也返回给了子类，那么子类的虚函数表且不是和父类的一样吗？

肯定不一样了，因为如果是一样，那么运行的结果就不是我们所看到的了，那是怎样处理的呢？

 

mov ecx, [ebp+var_4]

call j_??0TheBase@@QAE@H@Z ; TheBase::TheBase(int)  ;跟前面的一样，调用父类构造函数，在这里写出来是
                           ;为了让大家更好的理解。

mov ecx, [ebp+var_4]    ;这里将this指针交给了ecx

mov dword ptr [ecx], offset ??_7TheSon@@6B@ ; const TheSon::`vftable'  ;注意在这里，又进行了虚函数表的
;初始化，很显然，就是子类的虚函数表的初始化了，那么子类的虚函数是怎样的呢？前面我已经给出啦。

到此，我们就明白了C++中到底是怎样实现多态的了，关键在于一张虚函数表。通过上面的分析，我们应该很清楚的看出了虚函数表的建立过程。

呵呵，到这里就结束了，以上只是我的一些浅薄间接，有错误的还请高手指正。