535-C++的静态绑定,虚函数,动态绑定

水深无声 2022-09-11 00:20 293阅读 0赞

## 静态绑定 ##

**我们先看看下面代码：**  
![在这里插入图片描述][b4728579983a4b53a019015ffa9a8880.png]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]  
**我们先分析看看**  
![在这里插入图片描述][7ffde4ec12624e508cb5ab5e2e46c8ea.png]  
我们知道， 高级的源代码首先要被编译成汇编码，然后汇编码被汇编器编译成机器码。  
**我们转成汇编看看**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]  
![在这里插入图片描述][093c8218e3a44223a486c0c4b82ea9c8.png]

是编译阶段就已经确定好的函数调用，生成指令了，指定哪个作用域哪个名字的哪个函数了。  
**编译器看到调用方法的pb指针是基类类型的，它就去基类类型里面去查看这个方法，直接进行调用，这就是静态绑定。**

![在这里插入图片描述][987a2eba30254dde826977cbf0bef350.png]  
![在这里插入图片描述][22ea1728fdb6409c8e20ee1884469039.png]  
**我们运行看看**  
![在这里插入图片描述][cbd4306f590e425ab8999a8e37379cba.png]

## 虚函数 ##

**我们在基类Base中的两个show方法的最前面加上virtual关键字**  
这2个show函数就变成虚函数了  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]  
![在这里插入图片描述][2ed6e68114fc4e9693aba28eb546fef1.png]  
**一个类添加了虚函数，对这个类有什么影响？**  
**总结一：**  
一个类里面定义了虚函数，**那么在编译阶段**，编译器给这个类类型产生一个唯一的vftable虚函数表，虚函数表中主要存储的内容就是RTTI指针和虚函数的地址。**当程序运行时，每一张虚函数表都会加载到内存的.rodata区（这张表是只能读而不能改的）。**  
![在这里插入图片描述][36cb2f0c244744f698495dfb73c5db62.png]  
RTTI指针指向一个类型字符串（这张表是哪个类型产生的，这个字符串就是哪个类型的），这张表是编译Base类产生的，所以这个RTTI指向的是一个Base类型的字符串。  
另外，虚函数表还存储一个整数(偏移量)，偏移量在大部分情况下等于0（因为vfptr的排列优先级非常高，在没有虚继承的情况下，vfptr永远在对象的前4个字节放着，所以就是在对象的起始部分，就是0）。  
虚函数表还存储一个整数(地址)，类里有2个虚函数，所以在这里存了这2个虚函数的地址。  
**虚函数表结构如下：**（一个类型产生一个虚函数表）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_18_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
![在这里插入图片描述][c23900e3bf484560807278cc1d1bb2e8.png]  
**纠正一下，应该是从上到下的覆盖关系**  
![在这里插入图片描述][767847ec2f774270b04a89a63871acf2.png]  
![在这里插入图片描述][1a8bbb8153ac4647a65ee85eaf7d1438.png]

运行的时候，定义了b1这个Base类型的对象。  
**b1对象的内存大小不仅仅是4个字节了。**  
**不仅存储一个ma，还要存储一个vfptr虚函数指针(指向Base类型的虚函数表）**  
![在这里插入图片描述][33358cd80ec543548a284896e4215e5a.png]  
**现在基类定义的对象占8个字节大小了。**  
**我们再定义一个b2的Base类型对象**，内存也是8字节哦，但是它们两个都是Base类型，所以它们两个的虚函数指针vfptr都是指向Base类型的虚函数表，指向的是同一个虚函数表。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]  
**总结二：**  
一个类里面定义了函数数，那么这个类定义的对象，其运行时，内存中开始部分，多存储一个vfptr虚函数指针，指向相应类型的虚函数表vftable。一个类型定义的n个对象，它们的额vfptr指向的都是同一张虚函数表

**总结三：**  
一个类里面的虚函数的个数，不影响对象的内存大小（都是只有一个vfptr指针），但是影响的是虚函数表的大小

## 覆盖 ##

**接下来我们来看看派生类有什么变化？**  
**总结四：**  
如果派生类中的方法，和基类继承来的某个方法，返回值、函数名、参数列表都相同，而且基类的方法是virtual虚函数，那么派生类的这个方法，自动处理成虚函数  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5]  
**图中的最上面的那个show方法和最下面的那个show方法是覆盖的关系。**  
**派生类的show方法被自动处理成虚函数了。**

**我们定义2个派生类对象d1和d2**  
现在派生类自己也有虚函数了，从记录Base也继承过来2个虚函数，  
在编译阶段  
**我们会个Derive这个类型产生虚函数表，因为从基类继承来了虚函数。**  
虚函数表先放的是RTTI指针，RTTI指向的是类型字符串（Derive类型）。  
然后存储0  
然后存储虚函数的地址。  
因为从基类继承来2个虚函数，所以记录的是继承来的这2个虚函数的地址  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6]  
**但是编译器转眼一看，这个派生类里面对这个基类的show方法进行了覆盖了，或者叫做重写了，重写了这个同名的覆盖方法。**  
![在这里插入图片描述][46a9a6ffb4524424849a84566445dc19.png]  
编译器就知道，不要基类的那个show方法了，因为派生类把这个不带参数的show方法重写了，所以在派生类的虚函数表里面，就要放派生类重写的show方法的虚函数地址了，**这就是覆盖关系。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 7]  
**但是派生类并没有对基类的带int参数的show虚函数进行重写，所以派生类的虚函数表还是存储的是基类的带int参数的show虚函数地址。**  
**派生类对象的内存结构**：新增一个虚函数指针，指向当前类型的虚函数表。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 8]  
**覆盖：**  
基类和派生类的方法，返回值、函数名以及参数列表都相同，而且基类的方法是虚函数，那么派生类的方法就自动处理成虚函数，它们之间成为覆盖关系

## 动态绑定 ##

**现在我们来看看main函数的调用**  
编译阶段，编译器看pb是基类Base类型，然后就会跑到基类的作用域里面看这个不带参数的show是什么情况，如果发现这个show是普通函数，就进行静态绑定，直接生成call:Base::show，也就是说，经过编译就知道，这里无论如何调用的都是基类Base下的show方法，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_11_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
但是，如果在编译阶段，编译器发现pb是Base类型的指针， 然后它跑去Base的作用域下去查看show，发现这个show是虚函数，如果发现show是虚函数，**就进行动态绑定了：**  
![在这里插入图片描述][8addf91ec927423db4a3829257b87615.png]

把pb指向的派生类对象的前4个字节（虚函数指针，即虚函数的地址）放到eax寄存器。

然后把eax存的地址的4个字节的内存![在这里插入图片描述][43a665450389478e9b5353c991a3ee06.png]  
然后再call ecx  
我们转反汇编看看。  
![在这里插入图片描述][e7e7f748df694c3cbb9d03ee5c496eae.png]  
**call ecx我们不知道最终调用的是哪个函数，寄存器放的是最终从虚函数表中取出来的虚函数的地址。**  
**但是到底是哪个虚函数的地址，只有在运行的时候，通过指令在虚函数表里面找到谁的地址，调用的就是哪个函数。**  
**在编译阶段生成的指令中，无法判断最终调用的是哪个函数，我们称作动态绑定**![在这里插入图片描述][d7a64ae1b95a4bb59e42f6b9fc8e3ef1.png]  
![在这里插入图片描述][6828c4d333e343ffa2939c4df072e61e.png]  
同样的这句代码，编译器在编译的时候看到这个指针pb是Base类型的，跑去Base类型的作用域下查看，发现这个带int类型的show方法是虚函数，就得进行动态绑定了。和刚才叙述的情况一样。  
**虚函数的定义的顺序和在虚函数的表的位置有关。先定义的放在虚函数表的前面。**  
![在这里插入图片描述][32d8119ebee84a398b3860350cd3e51e.png]

cout << sizeof(Base) << endl;//8
    	cout << sizeof(Derive) << endl;//12
    
    	cout << typeid(pb).name() << endl;//class Base*
    	/*
    	pb的类型：编译器查看是Base -> 然后看它有没有虚函数
    	如果Base没有虚函数，*pb识别的就是编译时期的类型  *pb <=> Base类型
    	如果Base有虚函数，*pb识别的就是运行时期的类型 --》就是RTTI类型 在虚函数表中存着 
    	通过pb->d(vfptr)->Derive vftable 因为指向的是派生类对象，
    	所以最终访问的就是class Derive 虚函数表 访问的就是派生类类型
    	*/ 
    	cout << typeid(*pb).name() << endl;//class Derive

![在这里插入图片描述][6b7217ef6b644248b1d38be0d2443ca7.png]

[b4728579983a4b53a019015ffa9a8880.png]: /images/20220829/51f15e9cb3554004bcf20d3ad20e4aa7.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220829/3376e8d70825426c821ac45d78b74026.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]: /images/20220829/d3b946505ce0427187db3badeb56133f.png
[7ffde4ec12624e508cb5ab5e2e46c8ea.png]: /images/20220829/b6b8b777f2c740dca1211571afe5022b.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]: /images/20220829/9a9b33ecb5e9440c8e6407acf688b635.png
[093c8218e3a44223a486c0c4b82ea9c8.png]: /images/20220829/724370a30b904b3f9c54921fe77eac74.png
[987a2eba30254dde826977cbf0bef350.png]: /images/20220829/b366df0114474af384bc5b84631a6b09.png
[22ea1728fdb6409c8e20ee1884469039.png]: /images/20220829/245af0dbdebb49fab7e99670cf5abfc3.png
[cbd4306f590e425ab8999a8e37379cba.png]: /images/20220829/f3106dacf01b4daebb20bbe1e236bd5b.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]: /images/20220829/9f45cceb0df8435fa3f99d5f6987839d.png
[2ed6e68114fc4e9693aba28eb546fef1.png]: /images/20220829/8818b2858aaf4a8799bb2fd00da3d961.png
[36cb2f0c244744f698495dfb73c5db62.png]: /images/20220829/dc9f9a37522c40a5835d15d148f10dc1.png
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[767847ec2f774270b04a89a63871acf2.png]: /images/20220829/9f5ca24465c546269142ef72016698d8.png
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[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5]: /images/20220829/81fd6a9dfe4e4c45bac204fee911da64.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6]: /images/20220829/c701be5685e149ca81cb1dcaefff026d.png
[46a9a6ffb4524424849a84566445dc19.png]: /images/20220829/2412299788ff4adfbafff3c7cbe0677a.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 7]: /images/20220829/4972ff344a42484aa85bbbf058af4788.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 8]: /images/20220829/651e820d8a5a452f92ee479a8a39c44a.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_11_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220829/0491e95f71504665be47070486c59040.png
[8addf91ec927423db4a3829257b87615.png]: /images/20220829/0acb9cafabaa4ebe97d8c5973dc0e021.png
[43a665450389478e9b5353c991a3ee06.png]: /images/20220829/5b2e1fcac2d54dc6af5acb4cad3716e6.png
[e7e7f748df694c3cbb9d03ee5c496eae.png]: /images/20220829/8ed9dcaf69ec4059bfa5b47a6957179b.png
[d7a64ae1b95a4bb59e42f6b9fc8e3ef1.png]: /images/20220829/b2ac87770dc845c18d2ecc3f93f7f6bd.png
[6828c4d333e343ffa2939c4df072e61e.png]: /images/20220829/fde07127e39f44dab38952a960ea3e17.png
[32d8119ebee84a398b3860350cd3e51e.png]: /images/20220829/de7ad6ed179b4f0d9e947242d33d4502.png
[6b7217ef6b644248b1d38be0d2443ca7.png]: /images/20220829/7d0abb71c97a440fb54ebf6a7cf12385.png