c++虚表攻击
C++虚表
2012-05-16 17:18:34 wojiaopanpan 阅读数 578
C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制。关于多态,简而言之就是用父类型别的指针指向其子类的实例,然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数。这种技术可以让父类的指针有“多种形态”,这是一种泛型技术。所谓泛型技术,说白了就是试图使用不变的代码来实现可变的算法。比如:模板技术,RTTI技术,虚函数技术,要么是试图做到在编译时决议,要么试图做到运行时决议。

关于虚函数的使用方法,我在这里不做过多的阐述。大家可以看看相关的C++的书籍。在这篇文章中,我只想从虚函数的实现机制上面为大家 一个清晰的剖析。

当然,相同的文章在网上也出现过一些了,但我总感觉这些文章不是很容易阅读,大段大段的代码,没有图片,没有详细的说明,没有比较,没有举一反三。不利于学习和阅读,所以这是我想写下这篇文章的原因。也希望大家多给我提意见。

言归正传,让我们一起进入虚函数的世界。

虚函数表

对C++ 了解的人都应该知道虚函数(Virtual Function)是通过一张虚函数表(Virtual Table)来实现的。简称为V-Table。在这个表中,主是要一个类的虚函数的地址表,这张表解决了继承、覆盖的问题,保证其容真实反应实际的函数。这样,在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了这个实例的内存中,所以,当我们用父类的指针来操作一个子类的时候,这张虚函数表就显得由为重要了,它就像一个地图一样,指明了实际所应该调用的函数。

这里我们着重看一下这张虚函数表。在C++的标准规格说明书中说到,编译器必需要保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置(这是为了保证正确取到虚函数的偏移量)。 这意味着我们通过对象实例的地址得到这张虚函数表,然后就可以遍历其中函数指针,并调用相应的函数。

听我扯了那么多,我可以感觉出来你现在可能比以前更加晕头转向了。 没关系,下面就是实际的例子,相信聪明的你一看就明白了。

假设我们有这样的一个类:
  1. class Base {

  2. public:

  3. virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }

  4. virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }

  5. virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }

  6. };
复制代码
按照上面的说法,我们可以通过Base的实例来得到虚函数表。 下面是实际例程:
  1. typedef void(*Fun)(void);

  2. Base b;

  3. Fun pFun = NULL;

  4. cout << "虚函数表地址:" << (int*)(&b) << endl;

  5. cout << "虚函数表 — 第一个函数地址:" << (int*)*(int*)(&b) << endl;

  6. // Invoke the first virtual function

  7. pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b));

  8. pFun();
复制代码
实际运行经果如下:(Windows XP+VS2003, Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3)

虚函数表地址:0012FED4

虚函数表 — 第一个函数地址:0044F148

Base::f

通过这个示例,我们可以看到,我们可以通过强行把&b转成int *,取得虚函数表的地址,然后,再次取址就可以得到第一个虚函数的地址了,也就是Base::f(),这在上面的程序中得到了验证(把int* 强制转成了函数指针)。通过这个示例,我们就可以知道如果要调用Base::g()和Base::h(),其代码如下:
  1. (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0); // Base::f()

  2. (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1); // Base::g()

  3. (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2); // Base::h()
复制代码
这个时候你应该懂了吧。什么?还是有点晕。也是,这样的代码看着太乱了。没问题,让我画个图解释一下。如下所示:

注意:在上面这个图中,我在虚函数表的最后多加了一个结点,这是虚函数表的结束结点,就像字符串的结束符“\0”一样,其标志了虚函数表的结束。这个结束标志的值在不同的编译器下是不同的。在WinXP+VS2003下,这个值是NULL。而在Ubuntu 7.10 + Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3下,这个值是如果1,表示还有下一个虚函数表,如果值是0,表示是最后一个虚函数表。

下面,我将分别说明“无覆盖”和“有覆盖”时的虚函数表的样子。没有覆盖父类的虚函数是毫无意义的。我之所以要讲述没有覆盖的情况,主要目的是为了给一个对比。在比较之下,我们可以更加清楚地知道其内部的具体实现。

一般继承(无虚函数覆盖)

下面,再让我们来看看继承时的虚函数表是什么样的。假设有如下所示的一个继承关系:


请注意,在这个继承关系中,子类没有重载任何父类的函数。那么,在派生类的实例中,其虚函数表如下所示:

对于实例:Derive d; 的虚函数表如下:


我们可以看到下面几点:

1)虚函数按照其声明顺序放于表中。

2)父类的虚函数在子类的虚函数前面。

我相信聪明的你一定可以参考前面的那个程序,来编写一段程序来验证。

一般继承(有虚函数覆盖)

覆盖父类的虚函数是很显然的事情,不然,虚函数就变得毫无意义。下面,我们来看一下,如果子类中有虚函数重载了父类的虚函数,会是一个什么样子?假设,我们有下面这样的一个继承关系。


为了让大家看到被继承过后的效果,在这个类的设计中,我只覆盖了父类的一个函数:f()。那么,对于派生类的实例,其虚函数表会是下面的一个样子:


我们从表中可以看到下面几点,

1)覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。

2)没有被覆盖的函数依旧。

这样,我们就可以看到对于下面这样的程序,
  1. Base *b = new Derive();

  2. b->f();
复制代码
由b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被Derive::f()函数地址所取代,于是在实际调用发生时,是Derive::f()被调用了。这就实现了多态。

多重继承(无虚函数覆盖)

下面,再让我们来看看多重继承中的情况,假设有下面这样一个类的继承关系。注意:子类并没有覆盖父类的函数。


对于子类实例中的虚函数表,是下面这个样子:


我们可以看到:

1) 每个父类都有自己的虚表。

2) 子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。(所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的)

这样做就是为了解决不同的父类类型的指针指向同一个子类实例,而能够调用到实际的函数。

多重继承(有虚函数覆盖)

下面我们再来看看,如果发生虚函数覆盖的情况。

下图中,我们在子类中覆盖了父类的f()函数。


下面是对于子类实例中的虚函数表的图:


我们可以看见,三个父类虚函数表中的f()的位置被替换成了子类的函数指针。这样,我们就可以任一静态类型的父类来指向子类,并调用子类的f()了。如:
  1. Derive d;

  2. Base1 *b1 = &d;

  3. Base2 *b2 = &d;

  4. Base3 *b3 = &d;

  5. b1->f(); //Derive::f()

  6. b2->f(); //Derive::f()

  7. b3->f(); //Derive::f()

  8. b1->g(); //Base1::g()

  9. b2->g(); //Base2::g()

  10. b3->g(); //Base3::g()
复制代码
安全性

每次写C++的文章,总免不了要批判一下C++。这篇文章也不例外。通过上面的讲述,相信我们对虚函数表有一个比较细致的了解了。水可载舟,亦可覆舟。下面,让我们来看看我们可以用虚函数表来干点什么坏事吧。

一、通过父类型的指针访问子类自己的虚函数

我们知道,子类没有重载父类的虚函数是一件毫无意义的事情。因为多态也是要基于函数重载的。虽然在上面的图中我们可以看到Base1的虚表中有Derive的虚函数,但我们根本不可能使用下面的语句来调用子类的自有虚函数:
  1. Base1 *b1 = new Derive();

  2. b1->f1(); //编译出错 (原文)
  3. b1->g1(); //编译出错 (我修改)
复制代码
任何妄图使用父类指针想调用子类中的未覆盖父类的成员函数的行为都会被编译器视为非法,所以,这样的程序根本无法编译通过。但在运行时,我们可以通过指针的方式访问虚函数表来达到违反C++语义的行为。(关于这方面的尝试,通过阅读后面附录的代码,相信你可以做到这一点)

二、访问non-public的虚函数

另外,如果父类的虚函数是private或是protected的,但这些非public的虚函数同样会存在于虚函数表中,所以,我们同样可以使用访问虚函数表的方式来访问这些non-public的虚函数,这是很容易做到的。

如:
  1. class Base {

  2. private:

  3. virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }

  4. };

  5. class Derive : public Base{

  6. };

  7. typedef void(*Fun)(void);

  8. void main() {

  9. Derive d;

  10. Fun pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d)+0);

  11. pFun();

  12. }
复制代码
结束语

C++这门语言是一门Magic的语言,对于程序员来说,我们似乎永远摸不清楚这门语言背着我们在干了什么。需要熟悉这门语言,我们就必需要了解C++里面的那些东西,需要去了解C++中那些危险的东西。不然,这是一种搬起石头砸自己脚的编程语言。
C++虚表
2009-11-27 11:01:00 qychjj 阅读数 802

(1)

单一继承,无复盖

1)虚函数按照其声明顺序放于表中。

2)父类的虚函数在子类的虚函数前面。

(2)

单一继承,又复盖

1)覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。

2)没有被覆盖的函数依旧。

这样,我们就可以看到对于下面这样的程序,

Base *b = new Derive();

b->f();

由b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被Derive::f()函数地址所取代,于是在实际调用发生时,是Derive::f()被调用了。这就实现了多态。

(3)

多继承,无复盖

1) 每个父类都有自己的虚表。

2) 子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。(所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的)

这样做就是为了解决不同的父类类型的指针指向同一个子类实例,而能够调用到实际的函数。

(4)

多继承,有复盖

三个父类虚函数表中的f()的位置被替换成了子类的函数指针。这样,我们就可以任一静态类型的父类来指向子类,并调用子类的f()了。

(5)

如果父类的虚函数是private或是protected的,但这些非public的虚函数同样会存在于虚函数表中,所以,我们同样可以使用访问虚函数表的方式来访问这些non-public的虚函数,这是很容易做到的。

 

 C++虚表探究

转自:http://blog.csdn.net/vlient/archive/2007/06/10/1647283.aspx

 

1. 对相同的同一个class 创建多个object,可以发现 vfptr是指向同一个地址,
   可见一个class 维护一个虚表,与创建对象没有关系

2. 如果一个基类(没有通过继承创建)含有virtual 函数,则这个这个类会
 额外产生一个虚表,其大小是其成员变量,加上一个函数指针的大小。

3.  虚表的作用用来实现多态, 其最终的原理是基类可以透明的通过vfptr[index]
 来访问成员函数,这就意味着同一个继承里面的class群,其vfptr每个index
 对应的函数是相同的。

4.  vfptr的开始的地址用来存放函数指针,后面部分用来存放RTTI信息

5. 派生类的构造过程:
 1.构造基类,此时this 指针指向的vfptr是基类的vfptr
 2.构造派生类,vfptr的地址转移到派生类的vfptr
 这意味着,在构造函数期间,无法实现本Class体系的多态的行为

6. 析构的过程和构造一样,会存在vfptr转换的情况

7. 基类的析构函数如果不是virtual 的会导致基类无法析构
 此外还有更严重的问题:
 如果基类没有虚函数,其则不会产vfptr,此时如果派生有虚函数,
 则派生类会产生vfptr,这样会导致赋值异常.

 Derive* pDerive = new Derive();
 Base *pTestBase  = pDerive;
 
 例如本例中,最终pTestBase 和 pDerive是不等的
 pDerive = 0x003A4F58
 pTestBase = 0x003A4F5C
 
 其内存镜像为
 0x003A4F58  40 67 41 00 
 0x003A4F5C  01 00 00 00 
 0x003A4F60  02 00 00 00 
 0x003A4F64  03 00 00 00 
 
 pDerive 的tihs 指针指向虚表
 而pTestBase没有虚表,会指向第一个元素


#include <cstdio>
#include <iostream>

#define TRACE() printf("%s/r/n",__FUNCTION__);

class Base
{
public:
 Base()
 {
  TRACE();
  m_1 = 1;
  m_2 = 2;
  m_3 = 3;
 }

 /*virtual*/ ~Base()
 {
  TRACE();
 }

 //virtual void Fun1()
 //{
 // TRACE();
 //}
 //virtual void Fun2()
 //{
 // TRACE();
 //}
 //virtual void Fun3()
 //{
 // TRACE();
 //}

private:
 int m_1;
 int m_2;
 int m_3;
};

class Derive :public Base
{
public:

 Derive()
 {
  TRACE();
 };
 /*virtual*/ ~Derive()
 {
  TRACE();
 };

 void virtual Testfun()
 {

 }
};

int main()
{
 //Base*  pDerive = new Derive();
 Derive* pDerive = new Derive();
 Base *pTestBase  = pDerive;

 printf("This : 0x%08x  vptr :0x%08x/r/n",pDerive,((int *)pDerive)[0]);
 printf("This : 0x%08x  vptr :0x%08x/r/n",pTestBase,((int *)pTestBase)[0]);
 
 delete pTestBase;
}

 

C++虚表解释

转自:http://hi.baidu.com/exquisite2007/blog/item/afa95e9509eabc41d0135e2a.html

C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制。关于多态,简而言之就是用父类型别的指针指向其子类的实例,然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数。这种技术可以让父类的指针有“多种形态”,这是一种泛型技术。所谓泛型技术,说白了就是试图使用不变的代码来实现可变的算法。比如:模板技术,RTTI技术,虚函数技术,要么是试图做到在编译时决议,要么试图做到运行时决议。

关于虚函数的使用方法,我在这里不做过多的阐述。大家可以看看相关的C++的书籍。在这篇文章中,我只想从虚函数的实现机制上面为大家 一个清晰的剖析。

当然,相同的文章在网上也出现过一些了,但我总感觉这些文章不是很容易阅读,大段大段的代码,没有图片,没有详细的说明,没有比较,没有举一反三。不利于学习和阅读,所以这是我想写下这篇文章的原因。也希望大家多给我提意见。

言归正传,让我们一起进入虚函数的世界。

虚函数表

对C++ 了解的人都应该知道虚函数(Virtual Function)是通过一张虚函数表(Virtual Table)来实现的。简称为V-Table。 在这个表中,主是要一个类的虚函数的地址表,这张表解决了继承、覆盖的问题,保证其容真实反应实际的函数。这样,在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了 这个实例的内存中,所以,当我们用父类的指针来操作一个子类的时候,这张虚函数表就显得由为重要了,它就像一个地图一样,指明了实际所应该调用的函数。

这里我们着重看一下这张虚函数表。在C++的标准规格说明书中说到,编译器必需要保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置(这是为了保证正确取到虚函数的偏移量)。 这意味着我们通过对象实例的地址得到这张虚函数表,然后就可以遍历其中函数指针,并调用相应的函数。

听我扯了那么多,我可以感觉出来你现在可能比以前更加晕头转向了。 没关系,下面就是实际的例子,相信聪明的你一看就明白了。

假设我们有这样的一个类:

class Base {

public:

virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }

virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }

virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }

};

按照上面的说法,我们可以通过Base的实例来得到虚函数表。 下面是实际例程:

typedef void(*Fun)(void);

Base b;

Fun pFun = NULL;

cout << "虚函数表地址:" << (int*)(&b) << endl;

cout << "虚函数表 — 第一个函数地址:" << (int*)*(int*)(&b) << endl;

// Invoke the first virtual function

pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b));

pFun();

实际运行经果如下:(Windows XP+VS2003, Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3)

虚函数表地址:0012FED4

虚函数表 — 第一个函数地址:0044F148

Base::f

通过这个示例,我们可以看到,我们可以通过强行把&b转成int *,取得虚函数表的地址,然后,再次取址就可以得到第一个虚函数的地址了,也就是Base::f(),这在上面的程序中得到了验证(把int* 强制转成了函数指针)。通过这个示例,我们就可以知道如果要调用Base::g()和Base::h(),其代码如下:

(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0); // Base::f()

(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1); // Base::g()

(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2); // Base::h()

这个时候你应该懂了吧。什么?还是有点晕。也是,这样的代码看着太乱了。没问题,让我画个图解释一下。如下所示:

注意:在上面这个图中,我在虚函数表的最后多加了一个结点,这是虚函数表的结束结点,就像字符串的结束符“/0”一样,其标志了虚函数表的结束。这个结束标志的值在不同的编译器下是不同的。在WinXP+VS2003下,这个值是NULL。而在Ubuntu 7.10 + Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3下,这个值是如果1,表示还有下一个虚函数表,如果值是0,表示是最后一个虚函数表。

下面,我将分别说明“无覆盖”和“有覆盖”时的虚函数表的样子。没有覆盖父类的虚函数是毫无意义的。我之所以要讲述没有覆盖的情况,主要目的是为了给一个对比。在比较之下,我们可以更加清楚地知道其内部的具体实现。

一般继承(无虚函数覆盖)

下面,再让我们来看看继承时的虚函数表是什么样的。假设有如下所示的一个继承关系:

请注意,在这个继承关系中,子类没有重载任何父类的函数。那么,在派生类的实例中,其虚函数表如下所示:

对于实例:Derive d; 的虚函数表如下:

我们可以看到下面几点:

1)虚函数按照其声明顺序放于表中。

2)父类的虚函数在子类的虚函数前面。

我相信聪明的你一定可以参考前面的那个程序,来编写一段程序来验证。

一般继承(有虚函数覆盖)

覆盖父类的虚函数是很显然的事情,不然,虚函数就变得毫无意义。下面,我们来看一下,如果子类中有虚函数重载了父类的虚函数,会是一个什么样子?假设,我们有下面这样的一个继承关系。

为了让大家看到被继承过后的效果,在这个类的设计中,我只覆盖了父类的一个函数:f()。那么,对于派生类的实例,其虚函数表会是下面的一个样子:

我们从表中可以看到下面几点,

1)覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。

2)没有被覆盖的函数依旧。

这样,我们就可以看到对于下面这样的程序,

Base *b = new Derive();

b->f();

由b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被Derive::f()函数地址所取代,于是在实际调用发生时,是Derive::f()被调用了。这就实现了多态。

多重继承(无虚函数覆盖)

下面,再让我们来看看多重继承中的情况,假设有下面这样一个类的继承关系。注意:子类并没有覆盖父类的函数。

对于子类实例中的虚函数表,是下面这个样子:

我们可以看到:

1) 每个父类都有自己的虚表。

2) 子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。(所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的)

这样做就是为了解决不同的父类类型的指针指向同一个子类实例,而能够调用到实际的函数。

多重继承(有虚函数覆盖)

下面我们再来看看,如果发生虚函数覆盖的情况。

下图中,我们在子类中覆盖了父类的f()函数。

下面是对于子类实例中的虚函数表的图:

我们可以看见,三个父类虚函数表中的f()的位置被替换成了子类的函数指针。这样,我们就可以任一静态类型的父类来指向子类,并调用子类的f()了。如:

Derive d;

Base1 *b1 = &d;

Base2 *b2 = &d;

Base3 *b3 = &d;

b1->f(); //Derive::f()

b2->f(); //Derive::f()

b3->f(); //Derive::f()

b1->g(); //Base1::g()

b2->g(); //Base2::g()

b3->g(); //Base3::g()

安全性

每次写C++的文章,总免不了要批判一下C++。这篇文章也不例外。通过上面的讲述,相信我们对虚函数表有一个比较细致的了解了。水可载舟,亦可覆舟。下面,让我们来看看我们可以用虚函数表来干点什么坏事吧。

一、通过父类型的指针访问子类自己的虚函数

我们知道,子类没有重载父类的虚函数是一件毫无意义的事情。因为多态也是要基于函数重载的。虽然在上面的图中我们可以看到Base1的虚表中有Derive的虚函数,但我们根本不可能使用下面的语句来调用子类的自有虚函数:

Base1 *b1 = new Derive();

b1->f1(); //编译出错

任何妄图使用父类指针想调用子类中的未覆盖父类的成员函数的行为都会被编译器视为非法,所以,这样的程序根本无法编译通过。但在运行时,我们可以通过指针的方式访问虚函数表来达到违反C++语义的行为。(关于这方面的尝试,通过阅读后面附录的代码,相信你可以做到这一点)

二、访问non-public的虚函数

另外,如果父类的虚函数是private或是protected的,但这些非public的虚函数同样会存在于虚函数表中,所以,我们同样可以使用访问虚函数表的方式来访问这些non-public的虚函数,这是很容易做到的。

如:

class Base {

private:

virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }

};

class Derive : public Base{

};

typedef void(*Fun)(void);

void main() {

Derive d;

Fun pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d)+0);

pFun();

}

结束语

C++这门语言是一门Magic的语言,对于程序员来说,我们似乎永远摸不清楚这门语言背着我们在干了什么。需要熟悉这门语言,我们就必需要了解C++里面的那些东西,需要去了解C++中那些危险的东西。不然,这是一种搬起石头砸自己脚的编程语言。

C++虚表
2017-09-18 08:36:05 zxh2075 阅读数 356

本文转载自: http://blog.csdn.net/jenaeli/article/details/60887267

在博客多态&虚函数中主要对多态的一些基本概念和虚函数做了介绍,下面,我们来探究一下【虚表】。

含有虚函数的类

  • 先来看看含有虚函数的类的大小吧!

class B
{
public:
    virtual void Show()
    {
        cout << _b << endl;
    }
public:
    int _b;
};
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一眼看过去,这个类中只有一个int类型的变量_b,那么他的大小是不是只有4个字节呢?我运行了之后发现并不是,它的大小是8个字节。运行结果我这就不看了,下面我们用内存和监视来分析一下对象b的对象模型。

这里写图片描述

可以看到,当执行完b._b = 1; 时,对象b的成员_b与对象b的地址偏移了4个字节。而这4个字节里存放的是一个地址,我们把这个地址叫做虚表指针,它指向一个存放虚函数地址的内存块。这个内存块就是虚表。

由此,我们可得到b的对象模型

这里写图片描述

有虚函数的类相比普通类多了4个字节,用来存放虚表指针。在对象模型中,类中的成员变量存放在虚表指针之后。

  • 当类中有多个对象时,这些对象共用同一虚表。(可同时创建两个对象,在内存里查看其虚表指针是否相同来验证)

  • 当类中有多个成员变量时,对象模型中各变量的存放顺序按其在类中的声明顺序存放。

  • 当类中有多个虚函数时,虚表中各虚函数存放顺序按照其在类中的声明顺序存放。

直接来看例子吧:

class B
{
public:
    virtual void Fun3()
    {}
    virtual void Fun1()
    {}
    virtual void Fun2()
    {}
public:
    int _b3;
    int _b1;
    int _b2;
};
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下图是我根据监视内存画出来的b的存储结构

这里写图片描述

再来看看它的对象模型是怎样的?

这里写图片描述

  • 需要注意一点
  • 类的构造函数在这里起填充虚表指针的作用

下面我们来看一下继承(参见博客【继承】)体系中虚函数的结构如何?

单继承中的虚函数

  • 虚函数无覆盖
class B
{
public:
    B()
        :_b(1)
    {}
    virtual void Fun1()
    {
        cout << "B::Fun1()";
    }
    virtual void Fun2()
    {
        cout << "B::Fun2()";
    }
    virtual void Fun3()
    {
        cout << "B::Fun3()";
    }
public:
    int _b;
};
class D :public B
{
public:
    D()
        :_d(2)
    {}
    virtual void Fun4()
    {
        cout << "D::Fun4()";
    }
    virtual void Fun5()
    {
        cout << "D::Fun5()";
    }
    virtual void Fun6()
    {
        cout << "D::Fun6()";
    }
public:
    int _d;
};

typedef void(*FUN_TEST)();
void FunTest()
{
    B b;
    cout<<sizeof(b)<<endl;
    cout << "B vfptr:" << endl;
    for (int iIdx = 0; iIdx < 3; ++iIdx)
    {
        FUN_TEST funTest = (FUN_TEST)(*((int*)*(int *)&b + iIdx)); funTest();
        cout << ": " << (int *)funTest << endl;
    }
    cout << endl;
    D d;
    cout << sizeof(d) << endl;
    cout << "D vfptr:" << endl;
    for (int iIdx = 0; iIdx < 6; ++iIdx)
    {
        FUN_TEST funTest = (FUN_TEST)(*((int*)*(int *)&d + iIdx));
        funTest();
        cout << ": " << (int *)funTest << endl;
    }
}
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其中FunTest()函数用于打印各对象中的函数。

先来看看结果吧

这里写图片描述

d中有两个成员变量以及一个虚表指针,所以大小为12.

这里写图片描述

可以发现,在派生类中,也完全继承了基类的虚函数,且遵循继承的存储结构。 
派生类中继承的基类的虚函数地址与基类中的相同。

  • 虚函数有覆盖

同样拿上面例子来说,我把派生类中的函数名Fun5改为Fun3,把Fun6改为Fun2,并且派生类中的循环次数改为4,其余保持不变。再次运行代码得到如下结果:

这里写图片描述

基类无变化,但是在派生类中,只打印了派生类的函数Fun2和Fun3.但是我的定义顺序明明是Fun3在Fun2前面的呀。怎么打印结果却是反的?这是怎么一回事呢?

这里写图片描述

当对象d被创建的时候,其虚表指针已经形成,但此时,虚表中存放的是从基类继承来的虚函数,当系统检测到派生类中已经对基类的虚函数进行重写的函数时,就拿该函数去替换虚表中基类对应的虚函数。所以虽然,Fun3定义在Fun2之前,但是替换时,系统从基类的Fun1开始,依次向下检测,当检测到Fun2被重写时,直接拿派生类中的Fun2去替换当前位置上的Fun2。如下图:

这里写图片描述

这里写图片描述

由此,可得出单继承的对象模型:

这里写图片描述

虚表的形成:

这里写图片描述

菱形继承

前面在继承中,为了解决二义性问题,我们引入了虚拟继承。在虚拟继承中,派生类中前4字节是偏移量的地址。但引入虚函数之后,我们看到虚表指针也存放于派生类的前4字节。那么,我们来看看,在菱形继承中,派生类的对象模型如何?

  • 菱形继承
class B
{
public:
    virtual void FunTest1()
    {
        cout << "B::FunTest1()" << endl;
    }

    int _b;
};

class C1 :public B
{
public:
    void FunTest1()
    {
        cout << "C1::FunTest1()" << endl;
    }

    virtual void FunTest2()
    {
        cout << "C1::FunTest2()" << endl;
    }

    int _c1;
};

class C2 :public B
{
public:
    virtual void FunTest1()
    {
        cout << "C2::FunTest1()" << endl;
    }

    virtual void FunTest3()
    {
        cout << "C2::FunTest3()" << endl;
    }

    int _c2;
};

class D :public C1, public C2
{
public:
    virtual void FunTest1()
    {
        cout << "D::FunTest1()" << endl;
    }

    virtual void FunTest2()
    {
        cout << "D::FunTest2()" << endl;
    }

    virtual void FunTest3()
    {
        cout << "D::FunTest3()" << endl;
    }

    virtual void FunTest4()
    {
        cout << "D::FunTest4()" << endl;
    }

    int _d;
};

typedef void(*Fun)();

void Printvpf()
{
    D d;
    cout << sizeof(d) << endl;
    d.C1::_b = 1;
    d.C2::_b = 2;
    d._c1 = 3;
    d._c2 = 4;
    d._d = 5;
    C1& c1 = d;
    int* vpfAddr = (int*)*(int*)&c1;
    Fun* pfun = (Fun*)vpfAddr;
    while (*pfun)
    {
        (*pfun)();
        pfun = (Fun*)++vpfAddr;
    }

    cout << endl;

    C2& c2 = d;
    vpfAddr = (int*)*(int*)&c2;
    pfun = (Fun*)vpfAddr;
    while (*pfun)
    {
        (*pfun)();
        pfun = (Fun*)++vpfAddr;
    }
}
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来看看结果吧!

这里写图片描述

结果可见,系统将派生类自己的虚函数放在了其第一个基类C1后面,并且派生类中重写的虚函数覆盖了基类的虚函数。

其对象模型如下:

这里写图片描述

  • 菱形虚拟继承
class B
{
public:
    virtual void FunTest1()
    {
        cout << "B::FunTest1()" << endl;
    }

    int _b;
};

class C1 :virtual public B
{
public:
    void FunTest1()
    {
        cout << "C1::FunTest1()" << endl;
    }

    virtual void FunTest2()
    {
        cout << "C1::FunTest2()" << endl;
    }

    int _c1;
};

class C2 :virtual public B
{
public:
    virtual void FunTest1()
    {
        cout << "C2::FunTest1()" << endl;
    }

    virtual void FunTest3()
    {
        cout << "C2::FunTest3()" << endl;
    }

    int _c2;
};

class D :public C1, public C2
{
public:
    virtual void FunTest1()
    {
        cout << "D::FunTest1()" << endl;
    }

    virtual void FunTest2()
    {
        cout << "D::FunTest2()" << endl;
    }

    virtual void FunTest3()
    {
        cout << "D::FunTest3()" << endl;
    }

    virtual void FunTest4()
    {
        cout << "D::FunTest4()" << endl;
    }

    int _d;
};

typedef void(*Fun)();

void Printvpf()
{
    D d;
    cout << sizeof(d) << endl;
    d._b = 1;
    d._c1 = 2;
    d._c2 = 3;
    d._d = 4;
    C1& c1 = d;
    int* vpfAddr = (int*)*(int*)&c1;
    Fun* pfun = (Fun*)vpfAddr;
    while (*pfun)
    {
        (*pfun)();
        pfun = (Fun*)++vpfAddr;
    }

    cout << endl;

    C2& c2 = d;
    vpfAddr = (int*)*(int*)&c2;
    pfun = (Fun*)vpfAddr;
    while (*pfun)
    {
        (*pfun)();
        pfun = (Fun*)++vpfAddr;
    }
    B& b = d;
    vpfAddr = (int*)*(int*)&b;
    pfun = (Fun*)vpfAddr;
    while (*pfun)
    {
        (*pfun)();
        pfun = (Fun*)++vpfAddr;
    }
}
int main()
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    Printvpf();
    return 0;
}
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结果如图:

这里写图片描述

表示偏移量的地址紧随虚表指针之后,其次才是成员变量。各类成员存放遵循继承规则。 
上图中表示偏移量的第一个数可能有人无法理解为什么几乎是一串f,其实它是负数在内存中的存储形式。

由此可得对象模型为:

这里写图片描述

2014-03-25 20:19:59 Tony_Wong 阅读数 663

C++利用虚表来实现对虚函数的调用。

 

每个使用虚函数的class都有一张单独的虚函数表,虚函数表是在编译时候创建的静态数组。每个虚函数在虚函数表中都包含一个入口,类的实例可以调用虚函数的入口,虚函数的入口其实就是一个函数指针。

 

当一个class创建一个实例时,编译器就添加了一个指向基类的隐藏指针(*__vptr)。*__vptr是一个真实的指针,被子类继承。不像*this只是一个函数的参数,*this是编译器用于解决自身引用的问题。

到底怎么实现的呢?我们来看个例子

  1. class Base  
  2. {  
  3. public:  
  4.     virtual void function1() {};  
  5.     virtual void function2() {};  
  6. };  
  7.   
  8. class D1: public Base  
  9. {  
  10. public:  
  11.     virtual void function1() {};  
  12. };  
  13.   
  14. class D2: public Base  
  15. {  
  16. public:  
  17.     virtual void function2() {};  
  18. };  

代码中有3个class,编译器将建3个虚函数表:基类的虚表,D1的虚表,D2的虚表.

编译器将自动给含有虚函数的基类添加一个隐藏指针(*__vptr),例如:

  1. class Base  
  2. {  
  3. public:  
  4.     FunctionPointer *__vptr;  
  5.     virtual void function1() {};  
  6.     virtual void function2() {};  
  7. };  
  8.   
  9. class D1: public Base  
  10. {  
  11. public:  
  12.     virtual void function1() {};  
  13. };  
  14.   
  15. class D2: public Base  
  16. {  
  17. public:  
  18.     virtual void function2() {};  
  19. };  

 

当创建一个对象时,*__vptr就指向了类的虚函数表。比如,基类对象创建的时候,*__vptr就i指向基类的虚函数表。D1对象创建的时候,*__vptr就i指向D1的虚函数表。D2对象创建的时候,*__vptr就i指向D2的虚函数表。

 

虚函数表是如何赋值的呢?因为这里有2个虚函数,所以这里就有2个入口(一个是function1()的入口,另一个是function2()的入口)

 

Base的虚函数比较简单,Base的对象只需要访问Base的成员。function1()的入口指向Base::function1(),function2()的入口指向Base::function2()。

 

D1的虚函数表稍微复杂点。D1的对象可以访问Base的成员。function1()的入口指向D1::function1(),function2()的入口指向Base::function2()。

 

D2的虚函数表与D1的虚函数表相似,只不过function1()的入口指向Base::function1(),function2()的入口指向D2::function2()。


C++虚表
2014-10-22 20:53:44 hugh92444 阅读数 225

虚函数表


C++ 了解的人都应该知道虚函数(Virtual Function)是通过一张虚函数表(Virtual Table)来实现的。简称为V-Table。 在这个表中,主要一个类的虚函数的地址表,这张表解决了继承、覆盖的问题。在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了这个实例的内存中,所以,当我们用父类的指针来操作一个子类的时候,这张虚函数表就显得由为重要了,它就像一个地图一样,指明了实际所应该调用的函数。我们通过对象实例的地址得到这张虚函数表,然后就可以遍历其中函数指针,并调用相应的函数。


一般继承(无虚函数覆盖)

假设有如下所示的一个继承关系:

请注意,在这个继承关系中,子类没有重载任何父类的函数。那么,在派生类的实例中,其虚函数表如下所示:

对于实例:Derive d; 的虚函数表如下:

我们可以看到下面几点:

1)虚函数按照其声明顺序放于表中。

2)基类的虚函数在派生类的虚函数前面。


一般继承(有虚函数覆盖)

覆盖基类的虚函数是很显然的事情,不然,虚函数就变得毫无意义。

为了让大家看到被继承过后的效果,在这个类的设计中,我只覆盖了父类的一个函数:f()。那么,对于派生类的实例,其虚函数表会是下面的一个样子:

我们从表中可以看到:覆盖的f()函数被放到了虚表中原来基类虚函数的位置。


这样,我们就可以看到对于下面这样的程序,

Base *b = new Derive();

b->f();

b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被Derive::f()函数地址所取代,于是在实际调用发生时,是Derive::f()被调用了。这就实现了多态。

多重继承(无虚函数覆盖)

下面,再让我们来看看多重继承中的情况,假设有下面这样一个类的继承关系。注意:派生类并没有覆盖基类的函数。

对于实例中的虚函数表,是下面这个样子:

我们可以看到:

1) 每个基类都有自己的虚表。

2) 派生类的成员函数被放到了第一个基类的表中。(所谓的第一个基类是按照声明顺序来判断的,即class Derive:public Base1,Base2,Base3中的声明顺序)


多重继承(有虚函数覆盖)

下面我们再来看看,如果发生虚函数覆盖的情况。

下图中,我们在派生类中覆盖了基类的f()函数。

下面是对于实例中的虚函数表的图:

我们可以看见,三个基类虚函数表中的f()的位置被替换成了派生类的函数指针。 注意:派生类的成员函数只被放到了第一个基类的表中(所谓的第一个基类是按照声明顺序来判断的,即class Derive:public Base1,Base2,Base3中的声明顺序),其它基类的表中不存在该派生类的成员函数(除了派生类中覆盖基类的函数)。


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