C++虛函數探索筆記（2）——虛函數與多繼承
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虛函數的實現原理
虛函數表在對象布局里的位置
虛函數的類的sizeof
純虛函數的作用
多級繼承時的虛函數表內容
虛函數如何執行父類代碼
多繼承時的虛函數表定位，以及對象布局
虛析構函數的作用
虛函數在QT的信號與槽中的應用
虛函數與inline修飾符，static修飾符
前面我們嘗試了一個簡單的例子，接下來嘗試一個多級繼承的例子，以及一個多繼承的例子。主要涉及到以下問題：多級繼承時虛函數表的內容是如何填寫的，如何在多級繼承的情況下調用某一級父類里的虛函數，以及在多繼承（多個父類）的情況下的對象布局。
多級繼承
在這里，多級繼承指的是有3層或者多層繼承關系的情形。讓我們看看下面的代碼：
//Source filename: Win32Con.cpp
#include <iostream>
using namespace std;
class parent1
{
public:
virtual int fun1(){cout<<"parent1::fun1()"<<endl;return 0;};
virtual int fun2()=0;
};
class child1:public parent1
{
public:
virtual int fun1()
{
cout<<"child1::fun1()"<<endl;
parent1::fun1();
return 0;
}
virtual int fun2()
{
cout<<"child1::fun2()"<<endl;
return 0;
}
};
class grandson:public child1
{
public:
virtual int fun2()
{
cout<<"grandson::fun2()"<<endl;
//parent1::fun2();
parent1::fun1();
child1::fun2();
return 0;
}
};
void test_func1(parent1 *pp)
{
pp->fun1();
pp->fun2();
}
int main(int argc, char* argv[])
{
grandson sunzi;
test_func1(&sunzi);
return 0;
這段代碼展示了三個class，分別是parent1，child1，grandson.
類parent1定義了兩個虛函數，其中fun2是一個純虛函數，這個類是一個不可實例化的抽象基類。
類child1繼承了parent1，并且對兩個虛函數fun1和fun2都編寫了實現的代碼，這個類可以被實例化。
類grandson繼承了child1，但是只對虛函數fun2編寫了實現的代碼。
此外，我們還改寫了test_func1函數，它的參數為parent1類型的指針，我們可以將parent1的子孫類作為這個函數的參數傳入。在這個函數里，我們將依次調用parent1類的兩個虛函數。
可以先通過閱讀代碼預測一下程序的輸出內容。
程序的輸出內容將是：
child1：：fun1（）
parent1：：fun1（）
grandson：：fun2（）
parent1：：fun1（）
child1：：fun2（）
先看第一行輸出child1：：fun1（），為什么會輸出它呢？我們定義的具體對象sunzi是grandson類型的，test_func1的參數類型是parent1類型。在調用這個虛函數的時候，是完成了一次怎樣的調用過程呢？
讓我們再次使用cl命令輸出這幾個類的對象布局：
class parent1 size(4):
+---
0 | {vfptr}
+---
parent1::$vftable@:
| &parent1_meta
| 0
0 | &parent1::fun1
1 | &parent1::fun2
parent1::fun1 this adjustor: 0
parent1::fun2 this adjustor: 0
class child1 size(4):
+---
| +--- (base class parent1)
0 | | {vfptr}
| +---
+---
child1::$vftable@:
| &child1_meta
| 0
0 | &child1::fun1
1 | &child1::fun2
child1::fun1 this adjustor: 0
child1::fun2 this adjustor: 0
class grandson size(4): //grandson的對象布局
+---
| +--- (base class child1)
| | +--- (base class parent1)
0 | | | {vfptr}
| | +---
| +---
+---
grandson::$vftable@: //grandson虛函數表的內容
| &grandson_meta
| 0
0 | &child1::fun1
1 | &grandson::fun2
grandson::fun2 this adjustor: 0
因為我們實例化的是一個grandson對象，讓我們看看它的對象布局。正如前面的例子一樣，里面只有一個vfptr指針，但是不一樣的卻是這個指針所指的虛函數表的內容：
第一個虛函數，填寫的是child1類的fun1的地址；第二個虛函數填寫的才是grandson類的fun2的地址。
很顯然我們可以得出這樣一個結論：在一個子對象的虛函數表里，每一個虛函數的實際運行的函數地址，將填寫為在繼承體系里最后實現該虛函數的函數地址。
所以當我們在test_func1里調用了傳入的parent1指針的fun1函數的時候，我們實際執行的是填寫在虛函數表里的child1：：fun1（），而調用fun2函數的時候，是從虛函數表里得到了grandson：：fun2函數的地址并調用之。在“程序輸出結果”表里的第一行和第三行結果證實了上述結論。
再看一下程序代碼部分的child1：：fun1（）的實現代碼，在第18行，我們有parent1：：fun1（）；這樣的語句，這行代碼輸出了運行結果里的第二行，而在grandson：：fun2（）的實現代碼第35行的parent1：：fun1（）；以及第36行的child1：：fun2（）；則輸出了運行結果里的第四行和第五行的內容。這三行代碼展示了如何調用父類以及更高的祖先類里的虛函數。——事實上，這與調用父類的普通函數沒有任何區別。
在程序代碼的第34行，有一行被注釋了的內容//parent1：：fun2（）；，之所以會注釋掉，是因為這樣的代碼是無法通過編譯的，因為在parent1類里，fun2是一個“純虛函數”也就是說這個函數沒有代碼實體，在編譯的時候，鏈接器將無法找到fun2的目標代碼從而報錯。
其實有了對虛函數的正確的認識，上面的多級繼承是很自然就能明白的。然而在多繼承的情況下，情況就有所不同了……
多繼承下虛函數的使用
假如一個類，它由多個父類繼承而來，而在不同的父類的繼承體系里，都存在虛函數的時候，這個類的對象布局又會是怎樣的？它又是怎樣定位虛函數的呢？
讓我們看看下面的代碼：
//Source filename: Win32Con.cpp
#include <iostream>
using namespace std;
class parent1
{
public:
virtual int fun1(){cout<<"parent1::fun1()"<<endl;return 0;};
};
class parent2
{
public:
virtual int fun2(){cout<<"parent2::fun2()"<<endl;return 0;};
};
class child1:public parent1,public parent2
{
public:
virtual int fun1()
{
cout<<"child1::fun1()"<<endl;
return 0;
}
virtual int fun2()
{
cout<<"child1::fun2()"<<endl;
return 0;
}
};
void test_func1(parent1 *pp)
{
pp->fun1();
}
void test_func2(parent2 *pp)
{
pp->fun2();
}
int main(int argc, char* argv[])
{
child1 chobj;
test_func1(&chobj);
test_func2(&chobj);
return 0;
}
這一次，我們有兩個父類，parent1和parent2，在parent1里定義了虛函數fun1，而在parent2里定義了虛函數fun2，然后我們有一個子類child1，在里面重新實現了fun1和 fun2兩個虛函數。然后我們編寫了test_func1函數來調用parent1類型對象的fun1函數，編寫了test_func2函數調用parent2對象的fun2函數。在main函數里我們實例化了一個child1類型的對象chobj，然后分別傳給test_func1和test_func2去執行。
這段代碼的運行結果非常簡單就能看出來：
child1：：fun1（）
child1：：fun2（）
但是，讓我們看看對象布局吧：
class child1 size(8):
+---
| +--- (base class parent1)
0 | | {vfptr}
| +---
| +--- (base class parent2)
4 | | {vfptr}
| +---
+---
child1::$vftable@parent1@:
| &child1_meta
| 0
0 | &child1::fun1
child1::$vftable@parent2@:
| -4
0 | &child1::fun2
child1::fun1 this adjustor: 0
child1::fun2 this adjustor: 4
注意到沒？在child1的對象布局里，出現了兩個vfptr指針！
這兩個虛函數表指針分別繼承于parent1和parent2類，分別指向了不同的兩個虛函數表。
問題來了，當我們使用test_func1調用parent1類的fun1函數的時候，調用個過程還比較好理解，可以從傳入的地址參數取得繼承自parent1的vfptr，從而執行正確的fun1函數代碼，但是當我們調用test_func2函數的時候，為什么程序可以自動取得來自parent2的vfptr呢，從而得出正確的fun2函數的地址呢？
其實，這個工作是編譯器自動根據實例的類型完成的，在編譯階段就已經確定了在調用test_func2的時候，傳入的this指針需要增加一定的偏移（在這里則是第一個vfptr所占用的大小，也就是4字節）。
我們可以看看main函數里這部分代碼的反匯編代碼：
child1 chobj;
00F5162E 8D 4D F4 lea ecx,[chobj]
00F51631 E8 F5 FB FF FF call child1::child1 (0F5122Bh)
test_func1(&chobj);
00F51636 8D 45 F4 lea eax,[chobj]
00F51639 50 push eax
00F5163A E8 6F FB FF FF call test_func1 (0F511AEh)
00F5163F 83 C4 04 add esp,4
test_func2(&chobj);
00F51642 8D 45 F4 lea eax,[chobj]
00F51645 85 C0 test eax,eax
00F51647 74 0E je main+47h (0F51657h)
00F51649 8D 4D F4 lea ecx,[chobj]
00F5164C 83 C1 04 add ecx,4
00F5164F 89 8D 2C FF FF FF mov dword ptr [ebp-0D4h],ecx
00F51655 EB 0A jmp main+51h (0F51661h)
00F51657 C7 85 2C FF FF FF 00 00 00 00 mov dword ptr [ebp-0D4h],0
00F51661 8B 95 2C FF FF FF mov edx,dword ptr [ebp-0D4h]
00F51667 52 push edx
00F51668 E8 F6 FA FF FF call test_func2 (0F51163h)
00F5166D 83 C4 04 add esp,4
return 0;
從第4行至第5行，執行的是test_func1函數，this指針指向 chobj （第2行lea ecx，[chobj]），但是調用test_func2函數的時候，this指針被增加了4（第14行）！于是，在test_func2執行的時候，就可以從&chobj+4的地方獲得vfptr指針，從而根據parent2的對象布局得到了fun2的地址并執行了。
為了證實這點，我們可以將代碼做如下的修改：
1： int main（int argc， char* argv[]）
2： {
3： child1 chobj；
4： test_func1（&chobj）；
5： test_func2（（parent2 *）（void *）&chobj）；
6： return 0；
7： }
8：
請注意紅色部分的變化，在講chobj傳入給test_func2之前，先用（void *）強制轉換為無類型指針，再轉換為parent2 指針，這樣的轉換，顯然是可行的，因為chobj本身就是parent2的子類，然而，程序的執行效果卻是：
child1：：fun1（）
child1：：fun1（）
執行test_func2函數，調用的是parent2：：fun2，但是居然執行的是child1：：fun1（）函數！！！
這中間發生了些什么呢？我們再看看反匯編的代碼：
child1 chobj;
013D162E 8D 4D F4 lea ecx,[chobj]
013D1631 E8 F5 FB FF FF call child1::child1 (13D122Bh)
test_func1(&chobj);
013D1636 8D 45 F4 lea eax,[chobj]
013D1639 50 push eax
013D163A E8 6F FB FF FF call test_func1 (13D11AEh)
013D163F 83 C4 04 add esp,4
test_func2((parent2*)(void *)&chobj);
013D1642 8D 45 F4 lea eax,[chobj]
013D1645 50 push eax
013D1646 E8 18 FB FF FF call test_func2 (13D1163h)
013D164B 83 C4 04 add esp,4
return 0;
從調用test_func2的反匯編代碼可以看到，這一次ecx寄存器的值沒有做改變！所以在執行test_func2的時候，將取得parent1對象布局里的vfptr，而這個vfptr所指的虛函數表里的第一項就是fun1，并且被填寫為child1：：fun1的地址了。所以才出現了child：：fun1的輸出內容！顯然這里有一個隱藏的致命問題，加入parent1和parent2的第一個虛函數的參數列表不一致，這樣的調用顯然就會導致堆棧被破壞掉，程序99%會立即崩潰。之前的程序沒有崩潰并且成功輸出內容，不過是因為parent1：：fun1（）和parent2：：fun2（）的參數列表一致的關系而已。
所以，千萬不要在使用一個多繼承對象的時候，將其類型信息丟棄，編譯器還需要依靠正確的類型信息，在使用虛函數的時候來得到正確的匯編代碼！