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C++的类和new和delete和菱形继承机制

news 2025/7/8 14:41:12

文章目录

参考
虚函数
使用虚函数的class结构
相关实现
源码
IDA反编译
子类虚表和父类虚表
调用函数
菱形继承

参考

https://showlinkroom.me/2017/08/21/C-%E9%80%86%E5%90%91%E5%88%86%E6%9E%90/
https://www.cnblogs.com/bonelee/p/17299985.html
https://xz.aliyun.com/t/5242?time__1311=n4%2BxnD07itGQ%3DD54AKDsA3xCuU%3DwQNY4D&alichlgref=https%3A%2F%2Fxz.aliyun.com%2Fu%2F15779#toc-3

虚函数

在C++中，虚函数（virtual function）是一种特殊的成员函数，它允许在派生类中重写或覆盖基类中定义的函数，从而实现多态性（polymorphism）。虚函数的关键特征和用途可以概括如下：

声明与定义：
要声明一个虚函数，需要在基类的成员函数声明前加上virtual关键字。例如：
```
class Base {
public:virtual void someFunction() {// 基类的实现}
};
```
派生类可以重写该函数，也可以不重写，如果重写，则在派生类中提供新的实现：
```
class Derived : public Base {
public:void someFunction() override {// 派生类的实现}
};
```
虚函数表（VTable）：
实现虚函数的机制通常涉及到虚函数表（Virtual Table，简称vtable）。每个含有虚函数的类都会有一个虚函数表，表中存储着该类所有虚函数的地址。每个对象都有一个指向相应类虚函数表的指针（称为vptr）。当通过基类指针或引用调用虚函数时，程序会根据对象的vptr查找到正确的虚函数表，从而调用实际对象类型的函数实现。
纯虚函数与抽象类：
如果基类中的虚函数没有提供实现，并且在声明时被= 0初始化，那么这个函数被称为纯虚函数。含有纯虚函数的类不能实例化，只能作为基类被继承，这样的类称为抽象类。

使用虚函数的class结构

在这里插入图片描述

源码

#include <iostream>
#include <string>using namespace std;class Person
{public:Person() {age = 0;name = "";};~Person() {};virtual void setName(string name) = 0;virtual void setAge(int age) = 0;
protected:int age;string name;};class Student :public Person {public:Student() {age = 17;}void setName(string name) {this->name = name;}string getName() {return this->name;}void setAge(int age) {if (age > 30 || age < 6) {cout << "not suitable for school!" << endl;return;}this->age = age;}int getAge() {return this->age;}
};int main() {Student* stu = new Student();stu->setName("Link");stu->setAge(18);cout << stu->getName() << " with age " << stu->getAge() << endl;return 0;
}

IDA反编译

在这里插入图片描述
子类构造函数

父类构造函数

子类虚表和父类虚表

在这里插入图片描述
纯虚函数的抽象类的虚表由__cxa_pure_virtual填充,有几个纯虚函数就有几个__cxa_pure_virtual，student类虚表分别有各自实现的虚函数，虚表上面是该类的typeinfo的地址

RTTI (Run-Time Type Information) 是C++的一项特性，允许程序在运行时识别对象的类型。
typeid运算符和dynamic_cast都是基于RTTI实现的。
每个包含虚函数的类实例，在内存中都有一个隐藏的指针（称为vptr，虚函数指针），指向该类的虚函数表（vtable）。这个vptr是在对象创建时由编译器自动初始化的。
RTTI信息通常与vtable一起管理，其中可能包括类型描述信息和继承链信息等。

Aclass* ptra = new Bclass;：这行代码创建了一个指向Bclass实例的指针，但这个指针被声明为Aclass*类型。因为Bclass是Aclass的子类（假设如此），所以这是向上转型，是多态的基础。
int ** ptrvf = (int**)(ptra);：这里进行了一次不安全的类型转换，将Aclass指针转换为了int**。这种转换通常是为了直接访问虚函数指针（vptr），因为在许多系统上，vptr是对象内存布局的第一个元素，可以被视为一个指针的指针。但是，请注意，这种做法非常危险且非标准，违反了类型安全原则。
*((int*)ptrvf[0]-1)：这一部分是为了找到RTTI信息的位置。ptrvf[0]访问的是第一个虚函数（按指针算起），减1则是尝试访问vptr前的一个位置，期望那里存放着RTTI相关数据的指针。这一步同样非常危险，依赖于特定编译器和平台的实现细节。
*((RTTICompleteObjectLocator*)(...))：这里进一步将找到的地址强制转换为RTTICompleteObjectLocator指针，并解引用它。RTTICompleteObjectLocator是一个内部使用的结构（非标准公开接口），用于存储有关对象类型的完整信息，比如类的类型描述符、偏移量到类型名称字符串等。

调用函数

在这里插入图片描述
对于虚函数

先通过对象开始八个字节得到虚表地址
通过虚表地址和相关偏移得到函数地址
调用函数
对于非虚函数
直接调用再text段实现的函数

菱形继承

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>//间接基类
class A {
public:virtual void function() {printf("A virtual function\n");}int a;
};//直接基类
class B :virtual public A { //虚继承
public:virtual void func() {printf("B virtual func()\n");}int b;
};//直接基类
class C :virtual public A { //虚继承
public:virtual void func() {printf("C virtual func()");}int c;
};//派生类
class D :public B, public C {
public:virtual void function() {printf("D virtual function()");}int d;
};int main(int argc, char** argv) {A* A_ptr = (A*)new D();A_ptr->function();return 0;
}

B和C继承A，D继承B和C

在这里插入图片描述通过虚表地址减去24后的位置的内容是32，然后再加上起始地址，对应到的V4为D内的A的对象内存位置，offset vbase应该是与虚基类的偏移也就是和A的偏移

这里给各个父类对象在本对象的空间的前八个字节赋值时，用的是本对象虚表对应到的不同父类的虚函数的地址
在这里插入图片描述