動(dòng)態(tài)聯(lián)編

動(dòng)態(tài)聯(lián)編

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本觀點(diǎn)是用程式來(lái)仿真大千世界，這使得它的各種根本特性非常人性化，如封裝、繼承、多態(tài)等等，而虛擬函數(shù)就是c++中實(shí)現(xiàn)多態(tài)性的主將。為了實(shí)現(xiàn)多態(tài)性，c++編譯器也革命性地提供了動(dòng)態(tài)聯(lián)編（或叫晚捆綁）這一特征。 

　　虛擬函數(shù)亦是mfc編程的關(guān)鍵所在,mfc編程主要有兩種方法：一是響應(yīng)各種消息，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的消息處理。二就是重載并改寫虛擬函數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的某些要求或改變系統(tǒng)的某些默認(rèn)處理。 

　　虛函數(shù)的地位是如此的重要，對(duì)它進(jìn)行窮根究底，力求能知其然并知其所以然 對(duì)我們編程能力的提高大有好處。下面且聽我道來(lái)。 

　　多態(tài)性和動(dòng)態(tài)聯(lián)編的實(shí)現(xiàn)過(guò)程分析 

　　一、基礎(chǔ)略提（限于篇幅，請(qǐng)參閱相應(yīng)的c++書籍）： 

　　1、多態(tài)性：使用基礎(chǔ)類的指針動(dòng)態(tài)調(diào)用其派生類中函數(shù)的特性。 

　　2、動(dòng)態(tài)聯(lián)編：在運(yùn)行階段，才將函數(shù)的調(diào)用與對(duì)應(yīng)的函數(shù)體進(jìn)行連接的方式，又叫運(yùn)行時(shí)聯(lián)編或晚捆綁。 

　　二、過(guò)程描述： 

　　1、編譯器發(fā)現(xiàn)一個(gè)類中有虛函數(shù)，編譯器會(huì)立即為此類生成虛擬函數(shù)表 vtable（后面有對(duì)vtable的分析）。虛擬函數(shù)表的各表項(xiàng)為指向?qū)?yīng)虛擬函數(shù)的指針。 

　　2、編譯器在此類中隱含插入一個(gè)指針vptr（對(duì)vc編譯器來(lái)說(shuō)，它插在類的第一個(gè)位置上）。 

　　有一個(gè)辦法可以讓你感知這個(gè)隱含指針的存在，雖然你不能在類中直接看到它，但你可以比較一下含有虛擬函數(shù)時(shí)的類的尺寸和沒有虛擬函數(shù)時(shí)的類的尺寸，你能夠發(fā)現(xiàn)，這個(gè)指針確實(shí)存在。 

　　class cnovirtualfun 
　　　{ 
　　　　private: 
　　　　long lmember; 
　　　　public: 
　　　　long getmembervalue（); 
　　　} class chavevirtualfun 
　　　{ 
　　　　private: 
　　　　　long lmember; 
　　　　public: 
　　　　　virtual long getmembervalue（); 
　　　　} 

　　　cnovirtualfun obj; 
　　　sizeof(obj) -> == 4; 
　　　chavevirtualfun obj; 
　　　sizeof(obj) -> == 8; 

　　3、在調(diào)用此類的構(gòu)造函數(shù)時(shí)，在類的構(gòu)造函數(shù)中，編譯器會(huì)隱含執(zhí)行vptr與vtable的關(guān)聯(lián)代碼，將vptr指向?qū)?yīng)的vtable。這就將類與此類的vtable聯(lián)系了起來(lái)。 

　　4、在調(diào)用類的構(gòu)造函數(shù)時(shí)，指向基礎(chǔ)類的指針此時(shí)已經(jīng)變成指向具體的類的this指針，這樣依靠此this指針即可得到正確的vtable，從而實(shí)現(xiàn)了多態(tài)性。在此時(shí)才能真正與函數(shù)體進(jìn)行連接，這就是動(dòng)態(tài)聯(lián)編。 
　　三、vtable 分析： 

　　分析1：虛擬函數(shù)表包含此類及其父類的所有虛擬函數(shù)的地址。如果它沒有重載父類的虛擬函數(shù)，vtable中對(duì)應(yīng)表項(xiàng)指向其父類的此函數(shù)。反之，指向重載后的此函數(shù)。 

　　分析2：虛擬函數(shù)被繼承后仍舊是虛擬函數(shù)，虛擬函數(shù)非常嚴(yán)格地按出現(xiàn)的順序在 vtable 中排序，所以確定的虛擬函數(shù)對(duì)應(yīng) vtable 中一個(gè)固定的位置n，n是一個(gè)在編譯時(shí)就確定的常量。所以，使用vptr加上對(duì)應(yīng)的n，就可得到對(duì)應(yīng)函數(shù)的入口地址。 

　　四、編譯器調(diào)用虛擬函數(shù)的匯編碼（參考think in c++）： 

　　push funparam ；先將函數(shù)參數(shù)壓棧 

　　push si ；將this指針壓棧,以確保在當(dāng)前類上操作 

　　mov bx,word ptr[si] ；因?yàn)関c++編譯器將vptr放在類的第一個(gè)位置上，所以bx內(nèi)為vptr 

　　call word ptr[bx+n] ；調(diào)用虛擬函數(shù)。n = 所調(diào)用的虛擬函數(shù)在對(duì)應(yīng) vtable 中的位置 


　　純虛函數(shù)： 

　　一、引入原因： 

　　1、為了方便使用多態(tài)特性，我們常常需要在基類中定義虛擬函數(shù)。 

　　2、在很多情況下，基類本身生成對(duì)象是不合情理的。例如，動(dòng)物作為一個(gè)基類可以派生出老虎、孔雀等子類，但動(dòng)物本身生成對(duì)象明顯不合常理。 

　　為了解決上述問題，引入了純虛函數(shù)的概念，將函數(shù)定義為純虛函數(shù)（方法：virtual returntype function()= 0;），則編譯器要求在派生類中必須予以重載以實(shí)現(xiàn)多態(tài)性。同時(shí)含有純虛擬函數(shù)的類稱為抽象類，它不能生成對(duì)象。這樣就很好地解決了上述兩個(gè)問題。 

　　二、純虛函數(shù)實(shí)質(zhì)： 

　　1、類中含有純虛函數(shù)則它的vtable表不完全，有一個(gè)空位，所以，不能生成對(duì)象（編譯器絕對(duì)不允許有調(diào)用一個(gè)不存在函數(shù)的可能）。在它的派生類中，除非重載這個(gè)函數(shù)，否則，此派生類的vtable表亦不完整，亦不能生成對(duì)象，即它也成為一個(gè)純虛基類。 


　　虛函數(shù)與構(gòu)造、析構(gòu)函數(shù)： 

　　1、構(gòu)造函數(shù)本身不能是虛擬函數(shù)；并且虛機(jī)制在構(gòu)造函數(shù)中不起作用（在構(gòu)造函數(shù)中的虛擬函數(shù)只會(huì)調(diào)用它的本地版本）。 

　　想一想，在基類構(gòu)造函數(shù)中使用虛機(jī)制，則可能會(huì)調(diào)用到子類，此時(shí)子類尚未生成，有何后果??？。 

　　2、析構(gòu)函數(shù)本身常常要求是虛擬函數(shù)；但虛機(jī)制在析構(gòu)函數(shù)中不起作用。 

　　若類中使用了虛擬函數(shù)，析構(gòu)函數(shù)一定要是虛擬函數(shù)，比如使用虛擬機(jī)制調(diào)用delete,沒有虛擬的析構(gòu)函數(shù)，怎能保證delete的是你希望delete的對(duì)象。 

　　虛機(jī)制也不能在析構(gòu)函數(shù)中生效，因?yàn)榭赡軙?huì)引起調(diào)用已經(jīng)被delete掉的類的虛擬函數(shù)的問題。 

　　對(duì)象切片： 

　　向上映射(子類被映射到父類)的時(shí)候，會(huì)發(fā)生子類的vtable 完全變成父類的vtable的情況。這就是對(duì)象切片。 

　　原因：向上映射的時(shí)候，接口會(huì)變窄，而編譯器絕對(duì)不允許有調(diào)用一個(gè)不存在函數(shù)的可能，所以，子類中新派生的虛擬函數(shù)的入口在vtable中會(huì)被強(qiáng)行“切”掉，從而出現(xiàn)上述情況。 

　　虛擬函數(shù)使用的缺點(diǎn) 

　　優(yōu)點(diǎn)講了一大堆，現(xiàn)在談一下缺點(diǎn)，虛函數(shù)最主要的缺點(diǎn)是執(zhí)行效率較低，看一看虛擬函數(shù)引發(fā)的多態(tài)性的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，你就能體會(huì)到其中的原因。