通过虚拟指针访问成员函数的指针

Question

我遇到了一些文章，其中解释了 vptr 和 vtable。 我知道在存储了虚拟函数的类的情况下，对象中的第一个指针是指向 vtable 的 vptr，而 vtable 的数组条目是指向函数的指针，其顺序与它们在类中出现的顺序相同（我已经用我的测试进行了验证程序）。 但我想了解编译器必须使用什么语法才能调用适当的函数。

示例：

class Base
 {
   virtual void func1() 
   { 
       cout << "Called me" << endl; 
   }
};
int main()
{
  Base obj;
  Base *ptr;
  ptr=&obj;

// void* is not needed. func1 can be accessed directly with obj or ptr using vptr/vtable
  void* ptrVoid=ptr; 

// I can call the first virtual function in the following way:
  void (*firstfunc)()=(void (*)(void))(*(int*)*(int*)ptrVoid); 
  firstfunc();
}

问题：

1. 但我真正想了解的是编译器如何用vptr 替换对ptr->func1() 的调用？ 如果我要模拟通话，我该怎么办？我应该重载-> 运算符吗？但即使这样也无济于事，因为我不知道func1 的真正名称是什么。即使他们说编译器通过vptr访问vtable，它仍然如何知道func1的条目是第一个数组，func2的条目是数组中的第二个元素？函数名称到数组元素之间必须有某种映射关系。

2. 如何模拟它。你能提供编译器用来调用函数func1的实际语法吗（它如何替换ptr->func1()）？

Answer 1

不要将 vtable 视为数组。如果你把 C++ 知道的所有东西都去掉，除了它的成员的大小，它只是一个数组。相反，将其视为第二个struct，其成员都是指向函数的指针。

假设我有这样的课程：

struct Foo {
    virtual void bar();
    virtual int baz(int qux);
    int quz;
}

int callSomeFun(Foo* foo) {
    foo->bar();
    return foo->baz(2);
}

将其分解为 1 步：

class Foo;
// adding Foo* parameter to simulate the this pointer, which
// in the above would be a pointer to foo.
struct FooVtable {
    void (*bar)(Foo* foo);
    int (*baz)(Foo* foo, int qux);
}
struct Foo {
    FooVtable* vptr;
    int quz;
}

int callSomeFun(Foo* foo) {
    foo->vptr->bar(foo);
    return foo->vptr->baz(foo, 2);
}

我希望这就是你要找的。​​p>

Answer 2

背景：

1. 编译后（没有调试信息）的 C/C++ 二进制文件没有名称，运行时工作不需要名称，它只有机器码

2. 您可以将 vptr 视为经典 C 函数指针，在某种意义上，类型、参数列表等是已知的。

3. func1、func2 等放在哪个位置并不重要，只需要顺序始终相同（因此多文件 C++ 的所有部分必须以相同的方式编译，编译器设置等）。让我们想象一下，位置按声明顺序排列，首先是父类，然后在 override 中新声明，但重新实现的虚拟位于较低的位置，就像从父类中一样。

它的唯一图像。实现必须正确触发覆盖classApionter->methodReimplementedInB()

1. 通常 C++ 编译器有/有（我的知识来自 16/32b 年的迁移）2-4 个选项来针对速度/大小等优化 vtables。经典 C sizeof() 很好理解（数据大小加上 ev。对齐），在C++中sizeof较大，但可以保证是2,4,8字节。

4 很少有转换工具可以将“对象”文件（即从 MS 格式转换为 Borland 等），但通常/只有经典 C 是可能的/安全的，因为 vtable 的机器代码实现未知。

5. 很难从高级代码中触摸 vtable，触发中间文件（.obj、. 等）的分析器

编辑：关于运行时的故事与关于编译的故事不同。我的答案是关于编译代码和运行时

EDIT2：准汇编代码（来自我的头脑）

load ax, 2
call vt[ax]

vt:
0x123456
0x126785  // virlual parent func1()

派生：

vt:
0x123456
0x126999 // overriden finc1()
0x456788 // new method

EDIT3：顺便说一句，我不能完全同意 C++ 总是比 JVM/.NET 更快，因为“这些都是解释的”。 C++ 具有“解释”的一部分，而解释的部分正在发展：真正的组件/GUI 框架之间也有解释的连接（例如地图）。在我们的讨论之外：哪种内存模型更好，使用 C++ 删除还是 GC？