C++虚函数和虚函数表

C++中的虚函数和虚函数表是面向对象编程的重要概念。虚函数是一种在基类中声明的虚函数，派生类可以通过继承并重载该函数来实现多态性。虚函数表则是一个指针数组，存储了每个类的虚函数地址。在调用虚函数时，编译器会根据对象的实际类型来查找对应的虚函数表，并调用正确的函数。

虚函数的定义

在C++中，我们可以使用关键字virtual来定义一个虚函数。例如，我们有一个基类Shape，其中定义了一个虚函数area()，用于计算图形的面积。派生类Rectangle和Triangle继承自Shape类，并重载了area()函数以实现不同的计算方法。

class Shape {
   public:
      virtual double area() {
         cout << "Shape 的面积是：";
         return 0;
      }
};

class Rectangle: public Shape {
   public:
      double area() {
         cout << "Rectangle 的面积是：";
         return (width * height);
      }
};

class Triangle: public Shape{
   public:
      double area() {
         cout << "Triangle 的面积是：";
         return (width * height / 2);
      }
};

在上述代码中，Shape类中的area()函数被声明为虚函数，Rectangle和Triangle类分别重载了该函数。在下面的代码中，我们可以看到如何利用虚函数实现多态性。

int main() {
   Shape *shape;
   Rectangle rec(10,7);
   Triangle  tri(10,5);

   shape = &rec;
   shape->area();

   shape = &tri;
   shape->area();

   return 0;
}

在上述代码中，我们定义了一个指向Shape类型的指针变量shape。通过将shape指向Rectangle和Triangle对象，我们可以实现多态性。在调用area()函数时，编译器会根据shape指针所指向的实际对象类型来查找虚函数表，并调用正确的函数。最终的输出结果如下：

Rectangle 的面积是：70
Triangle 的面积是：25

虚函数表的实现

在C++中，每个类都有一个虚函数表（VTable），存储了该类中所有虚函数的地址。虚函数表是一个指针数组，其中每个指针指向虚函数的实际地址。在创建一个对象时，编译器会在对象的内存布局中添加一个指向虚函数表的指针。在调用虚函数时，编译器会根据对象的实际类型来查找对应的虚函数表，并调用正确的函数。

下面是一个简化版的虚函数表实现示例：

class Shape {
   public:
      virtual double area() {
         cout << "Shape 的面积是：";
         return 0;
      }
};

class Rectangle: public Shape {
   public:
      double area() {
         cout << "Rectangle 的面积是：";
         return (width * height);
      }
};

class Triangle: public Shape{
   public:
      double area() {
         cout << "Triangle 的面积是：";
         return (width * height / 2);
      }
};

typedef double (*FunPtr)();

int main() {
   Shape s;
   Rectangle r;
   Triangle t;

   FunPtr pFun = NULL;
   pFun = (FunPtr)*((int*)*(int*)&r + 0);
   pFun();

   pFun = (FunPtr)*((int*)*(int*)&t + 0);
   pFun();

   return 0;
}

在上述代码中，我们定义了一个FunPtr类型的指针变量pFun，用于存储虚函数地址。通过使用类型转换，我们可以获取Rectangle和Triangle类的虚函数表，并获取area()函数的地址。最终的输出结果如下：

Rectangle 的面积是：70
Triangle 的面积是：25

总结

通过本文的介绍，我们了解了C++中的虚函数和虚函数表的概念，以及它们在面向对象编程中的重要性。虚函数可以实现多态性，让程序具有更好的可扩展性和维护性。虚函数表则是实现虚函数机制的关键，是每个类的重要组成部分。在实际编程中，我们应该充分利用虚函数和虚函数表来实现面向对象编程的优秀特性。