使用纯虚拟成员的地址进行虚拟调用。合法吗？

Question

我曾经读过（可能在 c.l.c++.moderated 上），虚拟函数调用可以被模板化。我尝试了以下几行。

#include <iostream>

template<class T, class FUN> 
void callVirtual(T& t, FUN f){ 
   (*t.*f)(); 
} 


struct Base{ 
   virtual ~Base(){} 
   virtual void sayHi()=0; 
}; 


struct Derived : public Base{ 
   void sayHi(){ 
      std::cout << "Hi!" << std::endl; 
   } 
}; 


void Test(){ 
   Base* ptr = new Derived; 
   callVirtual(ptr,&Base::sayHi); 
} 

int main()
{
   Test();
   return 0;
}

Output:
Hi!

模板化方法虽然在编译时给出了纯虚拟基成员方法的地址，但在运行时调用了正确的方法。 在标准 C++ 中获取纯虚拟成员的地址是否合法？

提前致谢

EDIT-1：我删除了问题的第二部分“它是如何工作的？”。看起来这就是引起人们注意的地方。

EDIT-2：我搜索了 c.l.c++.moderated 并发现了这个 link (http://groups.google.com/group/comp.lang.c++.moderated/browse_thread/thread/5ddde8cf1ae59a0d)。共识似乎因为标准没有限制它，所以它是有效的。

EDIT-3： 在阅读了 codeproject 文章（感谢 ovanes）之后，我认为编译器做了一些魔术。由于虚函数是通过 vtable（特定于编译器）实现的，因此获取虚函数的地址总是会给出 vtable 中的偏移量。根据使用的“this”指针，调用适当的函数（其地址位于偏移量处）。我不确定如何证明这一点，因为标准并没有说明任何内容！

Answer 1

确实如此。您的代码与像这样调用纯虚方法没有什么不同：

void Test()
{ 
   Base* ptr = new Derived; 
   ptr->sayHi();
   delete ptr;
} 

唯一的区别是您有另一种调用机制，在本例中是通过 callVirtual()。

Answer 2

正如 Magnus Skog 所说，模板部分并不真正相关。归根结底是：

(ptr->* &Base::sayHi)()

似乎有效，但是

ptr->Base::sayHi()

显然不是，因为 sayHi 是纯虚拟的。

我无法在标准中找到任何内容，说明当您获取虚拟或纯虚拟函数的地址时会发生什么。我不确定这是否合法。不过它在 GCC 和 MSVC 中工作，而且 Comeau 的在线编译器也不会抱怨。

编辑

即使它是有效的，正如你的编辑所说，我仍然想知道它是什么意思。

如果我们为简单起见假设sayHi 是非纯的（因此存在Base::sayHi 的定义），那么如果我获取它的地址会发生什么？是获取Base::sayHi的地址，还是vtable指向的函数地址（本例为Derived::sayHi）？

显然，编译器假定后者，但为什么呢？ 在基类中调用ptr->Base::sayHi() 调用sayHi，但获取Base::sayHi 的地址给了我Derived::sayHi 的地址

这对我来说似乎不一致。我错过了这背后的一些理由吗？

Answer 3

下面的这篇文章广泛讨论了 C++ 中的成员函数指针、它们是如何实现的以及缺陷在哪里。它还处理虚拟成员函数指针等等。我想它会回答你所有的问题。

http://www.codeproject.com/KB/cpp/FastDelegate.aspx

它还展示了如何在 C++ 中实现委托以及您可能陷入的陷阱。

致以诚挚的问候，

欧文

Answer 4

我猜它是未定义的。我在规范中找不到任何内容。

虚拟方法是使用称为vtable 的概念实现的。

我会说它是特定于编译器实现的。我真的认为它是纯虚拟的并不重要，如果它也是虚拟的也会发生同样的情况。

我刚刚使用 Visual Studio 2008 编译了您的代码并反汇编了 exe。 VS2008 所做的是创建一个 thunk 函数，使用传入的 'this' 指针跳转到 vtable 条目。

这是 callVirtual 模板函数的设置和调用。

push    offset j_??_9Base@@$B3AE ; void (__thiscall *)(Base *)
lea     eax, [ebp+ptr]
push    eax             ; Base **
call    j_??$callVirtual@PAUBase@@P81@AEXXZ@@YAXAAPAUBase@@P80@AEXXZ@Z ; callVirtual<Base *,void (Base::*)(void)>(Base * &,void (Base::*)(void))

所以它将函数指针传递给 thunk 函数：j_??_9Base@@$B3AE

; void __thiscall Base___vcall_(Base *)
j_??_9Base@@$B3AE proc near
jmp     ??_9Base@@$B3AE ; [thunk]: Base::`vcall'{4,{flat}}
j_??_9Base@@$B3AE endp

thunk 函数所做的只是使用 vtable 跳转到真正的类方法。