C++ 虚函数表现怪异

Question

我想了解虚函数和虚继承。在大多数情况下，我认为我成功地掌握了它以及它与多态性的关系，我一直在阅读 vptr 如何与派生对象一起工作等等，但是下面的例子让我失望了，它是我在算法和C++ 书中的数据结构：

#include <iostream>
using namespace std;

class Class1 {
public:
    virtual void f() {
        cout << "Function f() in Class1\n";
    }

    void g() {
        cout << "Function g() in Class1\n";
    }
};

class Class2 {
public:
    virtual void f() {
        cout << "Function f() in Class2\n";
    }

    void g() {
        cout << "Function g() in Class2\n";
    }
};

class Class3 {
public:
    virtual void h() {
        cout << "Function h() in Class3\n";
    }
};

int main() {
    Class1 object1, *p;
    Class2 object2;
    Class3 object3;

    p = &object1;
    p->f();
    p->g();

    p = (Class1*) &object2;
    p->f();
    p->g();

    p = (Class1*) &object3;
    p->f(); // possibly abnormal program termination;
    p->g();
    // p->h(); // h() is not a member of Class1;
    return 0;
}

输出：

Function f() in Class1
Function g() in Class1
Function f() in Class2
Function g() in Class1
Function h() in Class3
Function g() in Class1

除了最后一个p->f();我什么都懂。作为序言，我知道我们不能直接从 p 调用 h() 因为转换为 Class1 类型，但是 Class3 vptr 不应该只指向虚函数 h() 在它的 vtable 中，如果是这样，那么它不应该在 Class3's vtable 中寻找 f() 而没有找到它吗？为什么它认为 Class1::f() 是 Class3::h()，它不像 Class3 是从 Class1 继承的……为了记录，如果我们将 Class3 重写为是：

class Class3 : public Class1 { // publicly inherit from Class1 is only difference
    public:
    virtual void h() {
        cout << "Function h() in Class3\n";
    }
};

并向上转换为 Class1 指针，然后调用 p->f() 它按预期给了我们 Class1::f()，我只是不明白为什么它甚至让我们调用 p->f() 当 Class3 不继承自 Class1.

Answer 1

此示例不好，您正在将不相关的类型转换为彼此。这会导致未定义的行为。

该代码利用了不同对象类型之间假定的布局相似性。 vtable 将在每个对象中位于相同的位置，虚函数将通过索引而不是名称找到。因此，对 Class1 的第一个虚函数的调用会通过 table 生成调用，从而导致对 Class3 的第一个虚函数的调用。请记住，这是一个意外，并且不能由 C++ 的任何属性保证。

Answer 2

I just cannot figure out why it even lets us call p->f() when Class3 does not inherit from Class1.

这正是您要问的。这个问题与虚拟继承或虚拟功能无关。您问题中除上述文字外的所有内容均完全无关。

这个问题实际上是为什么不阻止您在编译时执行以下操作：

struct Foo
{
   void foo() {}
};

struct Bar
{
   void bar() {}
};

int main()
{
   Foo f;
   ((Bar*)&f)->bar();
}

答案是，这就是 C 风格的强制转换：它们允许您覆盖类型系统。由您来做对，而不是像您现在所做的那样对编译器撒谎。通过这样做，您的程序具有 未定义的行为，仅此而已。

Answer 3

您或本书的作者可能只是忘记了 parent/child 继承关系，使此示例代码除了未定义的行为之外还有其他价值:)

#include <iostream>
using namespace std;

class Class1 {
public:
  virtual void f() {
    cout << "Function f() in Class1\n";
  }

  void g() {
    cout << "Function g() in Class1\n";
  }
};

class Class2 : public Class1 {
public:
  virtual void f() {
    cout << "Function f() in Class2\n";
  }

  void g() {
    cout << "Function g() in Class2\n";
  }
};

class Class3 : public Class1 {
public:
  virtual void h() {
    cout << "Function h() in Class3\n";
  }
};

int main() {
  Class1 object1, *p;
  Class2 object2;
  Class3 object3;

  p = &object1;
  p->f();
  p->g();

  p = (Class1*) &object2;
  p->f();
  p->g();

  p = (Class1*) &object3;
  p->f();
  p->g();
  // p->h(); // h() is not a member of Class1;
  return 0;
}

打印：

Function f() in Class1
Function g() in Class1
Function f() in Class2
Function g() in Class1
Function f() in Class1
Function g() in Class1

这是一个不错的基本多态性示例。

C++ 虚函数表现怪异

C++ Virtual Functions Acting Weird

c++

inheritance

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