C語言虛表

A. c語言中，有虛函數嗎

有虛函數的話就有虛表，虛表保存虛函數地址，一個地址佔用的長度根據編譯器不同有可能不同，vs裡面是8個位元組，在devc++裡面是4個位元組。類和結構體的對齊方式相同，有兩條規則
1、數據成員對齊規則：結構(struct)(或聯合(union))的數據成員，第一個數據成員放在offset為0的地方，以後每個數據成員的對齊按照#pragma pack指定的數值和這個數據成員自身長度中，比較小的那個進行。
2、結構(或聯合)的整體對齊規則：在數據成員完成各自對齊之後，結構(或聯合)本身也要進行對齊，對齊將按照#pragma pack指定的數值和結構(或聯合)最大數據成員長度中，比較小的那個進行

下面是卜搏我收集的關於內存對齊的一篇很好的文章：

在最近的項目中，我們涉及到了「內存對齊」技術。對於大部分程序員來說，「內存對齊」對他們來說都應該是「透明的」。「內存對齊」應該是編譯器的 「管轄范圍」。編譯器為程序中的每個「數據單元」安排在適當的位置上。但是C語言的一個特點就是太靈活，太強大，它允許你干預「內存對齊」。如果你想了解更加底層的秘密，「內存對齊」對你就不應該再透明了。

一、內存對齊的原因
大部分的參考資料都是如是說的：
1、平台原因(移植原因)：型搜祥不是所有的硬體平台都能訪問任意地址上的任意數據的；某些硬體平台只能在某些地址處取某些特定類型的數據，否則拋出硬體異常。
2、性能原因：數據結構(尤其是棧)應該盡可能地在自然邊界上對齊。原因在於，為了訪問未對齊的內存，處理器需要作兩次內存訪問；而對齊的內存訪問僅需要一次訪問。

二、對齊規則
每個特定平台上的編譯器都有自己的默認「對齊系數」(也叫對齊模數)。程序員可以通過預編譯命令#pragma pack(n)，n=1,2,4,8,16來改變這一系數，其中的n就是你要指定的「對齊系數」。

規則：
1、數據成員對齊規則：結構(struct)(或聯合(union))的數據成員，第一個數據成員放在offset為0的地方，以後每個數據成員的對齊按照#pragma pack指定的數值和這個數據成員自身長度中，比較小的那個進行。
2、結構(或聯合)的整體對齊規則：在數據成員完成各自對齊之後，結構(或聯合)本身也要進行對齊，對齊將按照#pragma pack指定的數值和結構(或聯合)最大數據成員長度中，比較小的那個進行。
3、結合1、2顆推斷：當#pragma pack的n值等於或超過所有數據成員長度的時候，這個n值的大小將不產生任何效果。

三、試驗
我們通過一系列例子的詳細說明來證明這個規則吧!
我試驗用漏圓的編譯器包括GCC 3.4.2和VC6.0的C編譯器，平台為Windows XP + Sp2。

我們將用典型的struct對齊來說明。首先我們定義一個struct：
#pragma pack(n) /* n = 1, 2, 4, 8, 16 */
struct test_t {
int a;
char b;
short c;
char d;
};
#pragma pack(n)
首先我們首先確認在試驗平台上的各個類型的size，經驗證兩個編譯器的輸出均為：
sizeof(char) = 1
sizeof(short) = 2
sizeof(int) = 4

我們的試驗過程如下：通過#pragma pack(n)改變「對齊系數」，然後察看sizeof(struct test_t)的值。

1、1位元組對齊(#pragma pack(1))
輸出結果：sizeof(struct test_t) = 8 [兩個編譯器輸出一致]
分析過程：
1) 成員數據對齊
#pragma pack(1)
struct test_t {
int a; /* 長度4 < 1 按1對齊；起始offset=0 0%1=0；存放位置區間[0,3] */
char b; /* 長度1 = 1 按1對齊；起始offset=4 4%1=0；存放位置區間[4] */
short c; /* 長度2 > 1 按1對齊；起始offset=5 5%1=0；存放位置區間[5,6] */
char d; /* 長度1 = 1 按1對齊；起始offset=7 7%1=0；存放位置區間[7] */
};
#pragma pack()
成員總大小=8

2) 整體對齊
整體對齊系數 = min((max(int,short,char), 1) = 1
整體大小(size)=$(成員總大小) 按 $(整體對齊系數) 圓整 = 8 /* 8%1=0 */ [注1]

2、2位元組對齊(#pragma pack(2))
輸出結果：sizeof(struct test_t) = 10 [兩個編譯器輸出一致]
分析過程：
1) 成員數據對齊
#pragma pack(2)
struct test_t {
int a; /* 長度4 > 2 按2對齊；起始offset=0 0%2=0；存放位置區間[0,3] */
char b; /* 長度1 < 2 按1對齊；起始offset=4 4%1=0；存放位置區間[4] */
short c; /* 長度2 = 2 按2對齊；起始offset=6 6%2=0；存放位置區間[6,7] */
char d; /* 長度1 < 2 按1對齊；起始offset=8 8%1=0；存放位置區間[8] */
};
#pragma pack()
成員總大小=9

2) 整體對齊
整體對齊系數 = min((max(int,short,char), 2) = 2
整體大小(size)=$(成員總大小) 按 $(整體對齊系數) 圓整 = 10 /* 10%2=0 */

3、4位元組對齊(#pragma pack(4))
輸出結果：sizeof(struct test_t) = 12 [兩個編譯器輸出一致]
分析過程：
1) 成員數據對齊
#pragma pack(4)
struct test_t {
int a; /* 長度4 = 4 按4對齊；起始offset=0 0%4=0；存放位置區間[0,3] */
char b; /* 長度1 < 4 按1對齊；起始offset=4 4%1=0；存放位置區間[4] */
short c; /* 長度2 < 4 按2對齊；起始offset=6 6%2=0；存放位置區間[6,7] */
char d; /* 長度1 < 4 按1對齊；起始offset=8 8%1=0；存放位置區間[8] */
};
#pragma pack()
成員總大小=9

2) 整體對齊
整體對齊系數 = min((max(int,short,char), 4) = 4
整體大小(size)=$(成員總大小) 按 $(整體對齊系數) 圓整 = 12 /* 12%4=0 */

4、8位元組對齊(#pragma pack(8))
輸出結果：sizeof(struct test_t) = 12 [兩個編譯器輸出一致]
分析過程：
1) 成員數據對齊
#pragma pack(8)
struct test_t {
int a; /* 長度4 < 8 按4對齊；起始offset=0 0%4=0；存放位置區間[0,3] */
char b; /* 長度1 < 8 按1對齊；起始offset=4 4%1=0；存放位置區間[4] */
short c; /* 長度2 < 8 按2對齊；起始offset=6 6%2=0；存放位置區間[6,7] */
char d; /* 長度1 < 8 按1對齊；起始offset=8 8%1=0；存放位置區間[8] */
};
#pragma pack()
成員總大小=9

2) 整體對齊
整體對齊系數 = min((max(int,short,char), 8) = 4
整體大小(size)=$(成員總大小) 按 $(整體對齊系數) 圓整 = 12 /* 12%4=0 */

5、16位元組對齊(#pragma pack(16))
輸出結果：sizeof(struct test_t) = 12 [兩個編譯器輸出一致]
分析過程：
1) 成員數據對齊
#pragma pack(16)
struct test_t {
int a; /* 長度4 < 16 按4對齊；起始offset=0 0%4=0；存放位置區間[0,3] */
char b; /* 長度1 < 16 按1對齊；起始offset=4 4%1=0；存放位置區間[4] */
short c; /* 長度2 < 16 按2對齊；起始offset=6 6%2=0；存放位置區間[6,7] */
char d; /* 長度1 < 16 按1對齊；起始offset=8 8%1=0；存放位置區間[8] */
};
#pragma pack()
成員總大小=9

2) 整體對齊
整體對齊系數 = min((max(int,short,char), 16) = 4
整體大小(size)=$(成員總大小) 按 $(整體對齊系數) 圓整 = 12 /* 12%4=0 */

四、結論
8位元組和16位元組對齊試驗證明了「規則」的第3點：「當#pragma pack的n值等於或超過所有數據成員長度的時候，這個n值的大小將不產生任何效果」。另外內存對齊是個很復雜的東西，上面所說的在有些時候也可能不正確。呵呵^_^

[注1]
什麼是「圓整」？
舉例說明：如上面的8位元組對齊中的「整體對齊」，整體大小=9 按 4 圓整 = 12
圓整的過程：從9開始每次加一，看是否能被4整除，這里9，10，11均不能被4整除，到12時可以，則圓整結束。

B. 如何用C語言實現面向對象

可以通過以下方法實現面向對象：

1、封裝

封裝就是把數據和方法打包到一個類裡面。其實C語言編程者應該都已經接觸過了，C 標准庫 中的 fopen(), fclose(), fread(), fwrite()等函數的操作對象就是 FILE。

數據內容就是 FILE，數據的讀寫操作就是 fread()、fwrite()，fopen() 類比於構造函數，fclose() 就是析構函數。

2、繼承

繼承就是基於現有的一個類去定義一個新類，這樣有助於重用代碼，更好的組織代碼。在 C 語言裡面，去實現單繼承也非常簡單，只要把基類放到繼承類的第一個數據成員的位置就行了。

例如，我們現在要創建一個 Rectangle 類，我們只要繼承 Shape 類已經存在的屬性和操作，再添加不同於 Shape 的屬性和操作到 Rectangle 中。

3、多態 C++

語言實現多態就是使用虛函數。在 C 語言裡面，也可以實現多態。 現在，我們又要增加一個圓形，並且在 Shape 要擴展功能，我們要增加 area() 和 draw() 函數。

但是 Shape 相當於抽象類，不知道怎麼去計算自己的面積，更不知道怎麼去畫出來自己。而且，矩形和圓形的面積計算方式和幾何圖像也是不一樣的。

4、虛表和虛指針

虛表（Virtual Table）是這個類所有虛函數的函數指針的集合。

虛指針（Virtual Pointer）是一個指向虛表的指針。這個虛指針必須存在於每個對象實例中，會被所有子類繼承。

5、在構造函數中設置vptr

在每一個對象實例中，vptr 必須被初始化指向其 vtbl。最好的初始化位置就是在類的構造函數中。

事實上，在構造函數中，C++ 編譯器隱式的創建了一個初始化的vptr。在 C 語言裡面， 我們必須顯示的初始化vptr。下面就展示一下，在 Shape 的構造函數裡面，如何去初始化這個 vptr。