java 虚函数 纯虚函数

Java虚函数表是Java虚拟机（JVM）中的一个数据结构，用于实现多态，在Java中，每个类都有一个虚函数表（也称为vtable），其中存储了该类的所有虚函数的指针，当一个对象调用虚函数时，JVM会根据对象的类型查找虚函数表中对应的函数指针，然后调用相应的函数。

操作Java虚函数表主要包括以下几个方面：

1、定义虚函数

在Java中，使用关键字virtual修饰的方法被称为虚函数，虚函数的定义如下：

class Base {
    virtual void func() {
        System.out.println("Base::func()");
    }
}
class Derived : public Base {
    void func() override {
        System.out.println("Derived::func()");
    }
}

在这个例子中，Base类有一个虚函数func()，Derived类继承了Base类，并重写了func()方法，当调用Derived对象的func()方法时，会执行Derived::func()，而不是Base::func()，这是因为JVM会在运行时根据对象的类型查找虚函数表中的函数指针。

2、创建对象和调用虚函数

创建一个对象并调用其虚函数的示例代码如下：

int main() {
    Derived d;
    d.func(); // 输出 "Derived::func()"
    return 0;
}

在这个例子中，我们创建了一个Derived对象d，并调用了它的func()方法，由于func()是一个虚函数，JVM会根据对象的类型查找虚函数表中的函数指针，并执行相应的函数，输出结果是"Derived::func()"。

3、查看虚函数表

要查看一个类的虚函数表，可以使用Java的反射机制，以下是一个示例代码：

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Modifier;
class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> clazz = Class.forName("Derived");
        Field vtableField = clazz.getDeclaredField("vtable");
        vtableField.setAccessible(true);
        Object[] vtable = (Object[]) vtableField.get(clazz);
        for (Object entry : vtable) {
            System.out.println(entry);
        }
    }
}

在这个例子中，我们首先获取了Derived类的Class对象，然后通过反射获取了名为vtable的字段，接着，我们将该字段设置为可访问，以便我们可以读取其值，我们遍历虚函数表中的每个条目，并打印它们，注意，这里的虚函数表实际上是一个包含函数指针的对象数组。

4、修改虚函数表

由于虚函数表是由JVM维护的，我们不能直接修改它，我们可以通过修改类的字节码来实现间接修改虚函数表的目的，以下是一个使用ASM库修改虚函数表的示例代码：

import org.objectweb.asm.*;
import org.objectweb.asm.tree.*;
import org.objectweb.asm.util.*;
import java.io.*;
import java.lang.reflect.*;
import java.util.*;
public class VTableManipulator {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        byte[] classBytes = loadClassBytes("Derived"); // 加载类的字节码
        ClassReader cr = new ClassReader(classBytes); // 创建ClassReader对象
        ClassWriter cw = new ClassWriter(cr, ClassWriter.COMPUTE_FRAMES); // 创建ClassWriter对象，用于生成新的字节码
        ClassVisitor cv = new VTableManipulatorClassVisitor(cw); // 创建ClassVisitor对象，用于处理字节码的转换逻辑
        cr.accept(cv, 0); // 开始处理字节码
        byte[] newClassBytes = cw.toByteArray(); // 获取处理后的字节码
        saveClassBytes("Derived", newClassBytes); // 保存新的字节码到文件或其他地方
    }
}

在这个例子中，我们首先加载了Derived类的字节码，然后创建了一个ClassReader对象和一个ClassWriter对象，接着，我们创建了一个自定义的ClassVisitor对象，用于处理字节码的转换逻辑，在这个类中，我们可以访问类的字节码信息，包括虚函数表，我们使用ClassWriter对象生成了新的字节码，并将其保存到文件或其他地方，这样，我们就实现了对虚函数表的间接修改。

Java虚函数表是JVM中用于实现多态的数据结构，操作虚函数表主要包括定义虚函数、创建对象和调用虚函数、查看虚函数表以及修改虚函数表等，通过这些操作，我们可以更好地理解Java中的多态机制，并在实际应用中灵活地使用它。