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今天來繼續學習C++對象模型！

在C++編譯器內部，類可以理解為結構體

子類是由父類成員疊加子類新成員得到的

下面來寫一個程序分析C++的繼承類的模型：

#include <iostream> #include <string>using namespace std;class Demo { protected:int mi;int mj; public:virtual void print(){cout << "mi = " << mi << ", "<< "mj = " << mj << endl;} };class Derived : public Demo {int mk; public:Derived(int i, int j, int k){mi = i;mj = j;mk = k;}void print(){cout << "mi = " << mi << ", "<< "mj = " << mj << ", "<< "mk = " << mk << endl;} };struct Test {//void* p; //模擬C++中的指向虛函數表的指針int mi;int mj;int mk; };int main() {cout << "sizeof(Demo) = " << sizeof(Demo) << endl; // 加上虛函數virtual后，大小變為12//因為編譯器發現是虛函數的時候，會自動//生成一個指針指向虛函數表cout << "sizeof(Derived) = " << sizeof(Derived) << endl; Derived d(1, 2, 3);Test* p = reinterpret_cast<Test*>(&d); //p與d類型不同，需要用reinterpret_cast進行類型轉換cout << "Before changing ..." << endl;d.print();p->mi = 10; //p作為外界的結構體竟然可以訪問d的變量，說明p的內存結構與d的相同p->mj = 20;p->mk = 30;cout << "After changing ..." << endl;d.print();return 0; }

（注意以上程序用編譯器是gcc編譯器，所以結構體的字節對齊是4字節默認）

運行結果為：

那么久引出了問題：C++多態的實現原理是什么？

C++多態的實現原理：

當類中聲明一個虛函數時，編譯器會在類中生成一個虛函數表

虛函數表是一個存儲成員函數地址的數據結構

虛函數表是由編譯器自動生成與維護的

virtual成員函數，會被編譯器放進虛函數表中

存在虛函數時，每個對象中都有一個指向虛函數表的指針

如下圖：
virtual成員函數，會被編譯器放進虛函數表中

存在虛函數時，每個對象中都有一個指向虛函數表的指針

我們會發現，虛函數的調用過程比普通函數的調用過程復雜，所以虛函數的執行效率低于普通成員函數：

下面給出用C語言實現的C++中的虛函數表的相關概念：
51-2.h為：

#ifndef _51_2_H_ #define _51_2_H_typedef void Demo; typedef void Derived;Demo* Demo_Create(int i, int j); int Demo_GetI(Demo* pThis); int Demo_GetJ(Demo* pThis); int Demo_Add(Demo* pThis, int value); void Demo_Free(Demo* pThis);Derived* Derived_Create(int i, int j, int k); int Derived_GetK(Derived* pThis); int Derived_Add(Derived* pThis, int value);#endif

51-2.c為：

#include "51-2.h" #include "malloc.h"static int Demo_Virtual_Add(Demo* pThis, int value); static int Derived_Virtual_Add(Demo* pThis, int value);struct VTable // 2. 定義虛函數表數據結構 {int (*pAdd)(void*, int); // 3. 虛函數表里面存儲什么？？？ };struct ClassDemo {struct VTable* vptr; // 1. 定義虛函數表指針 ==》 虛函數表指針類型？？？int mi;int mj; };struct ClassDerived {struct ClassDemo d;int mk; };static struct VTable g_Demo_vtbl = //static關鍵字將該虛函數表隱藏在當前文件內，外部不可見//類似于C++中虛函數表是自動生成的，外部不可見。 {Demo_Virtual_Add };static struct VTable g_Derived_vtbl = {Derived_Virtual_Add };Demo* Demo_Create(int i, int j) {struct ClassDemo* ret = (struct ClassDemo*)malloc(sizeof(struct ClassDemo)); if( ret != NULL ){ret->vptr = &g_Demo_vtbl; // 4. 關聯對象和虛函數表ret->mi = i;ret->mj = j;}return ret; }int Demo_GetI(Demo* pThis) {struct ClassDemo* obj = (struct ClassDemo*)pThis; return obj->mi; }int Demo_GetJ(Demo* pThis) {struct ClassDemo* obj = (struct ClassDemo*)pThis;return obj->mj; }// 6. 定義虛函數表中指針所指向的具體函數 static int Demo_Virtual_Add(Demo* pThis, int value) {struct ClassDemo* obj = (struct ClassDemo*)pThis;return obj->mi + obj->mj + value; }// 5. 分析具體的虛函數！！！！ int Demo_Add(Demo* pThis, int value) {struct ClassDemo* obj = (struct ClassDemo*)pThis;return obj->vptr->pAdd(pThis, value); }void Demo_Free(Demo* pThis) {free(pThis); }Derived* Derived_Create(int i, int j, int k) //等同于構造函數 {struct ClassDerived* ret = (struct ClassDerived*)malloc(sizeof(struct ClassDerived));if( ret != NULL ){ret->d.vptr = &g_Derived_vtbl;ret->d.mi = i;ret->d.mj = j;ret->mk = k;}return ret; }int Derived_GetK(Derived* pThis) {struct ClassDerived* obj = (struct ClassDerived*)pThis;return obj->mk; }static int Derived_Virtual_Add(Demo* pThis, int value) {struct ClassDerived* obj = (struct ClassDerived*)pThis; return obj->mk + value; }int Derived_Add(Derived* pThis, int value) { struct ClassDerived* obj = (struct ClassDerived*)pThis;return obj->d.vptr->pAdd(pThis, value); }

main.c為：

#include "stdio.h" #include "51-2.h"void run(Demo* p, int v) {int r = Demo_Add(p, v);printf("r = %d\n", r); }int main() {Demo* pb = Demo_Create(1, 2);Derived* pd = Derived_Create(1, 22, 333);printf("pb->add(3) = %d\n", Demo_Add(pb, 3));printf("pd->add(3) = %d\n", Derived_Add(pd, 3));run(pb, 3);run(pd, 3);Demo_Free(pb);Demo_Free(pd);return 0; }

總結：

繼承的本質就是父子間成員變量的疊加

C++中的多態是通過虛函數表實現的

虛函數表，是由編譯器自動生成與維護的

虛函數的調用效率低于普通成員函數的調用效率

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的【C++深度剖析教程29】C++对象模型分析下的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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