c 中虛函式的實現詳解

前言

c++ 分為編譯時多型和執行時多型。執行時多型依賴於虛函式，大部分人或許聽說過虛函式是由虛函式表+虛函式指標實現的，但，真的是這樣嗎？雖然 c++ 規範有著複雜的語言細節，但底層實現機制卻任由編譯器廠商想象程式設計客棧。（沒準某種特殊的處理器電路結構原生支援虛函式，沒準這個處理器壓根不是馮紐曼型，或者將來廠商發明了比虛函式表更有效率的資料結構。）

虛函式表

封裝把例項的資料和操作結合在了一起，但例項本身只有資料，沒有函式，同乙個類的函式是共享的。我們通過乙個例子來間接證明這一點

class base1

};base1 b1;

cout << sizeof(b1) << endl;

列印4如果類中有虛函式，則會在物件中加入乙個虛函式指標，該指標指向乙個虛函式表，表中是各個虛函式的位址。

+--------+ +---------+

| pvtbl |------>| vfunc1 |

+--------+ +---------+

| data1 | | vfunc2 |

+--------+ +---------+

| ... | | ... |

當子類繼承父類時，會依次覆蓋虛函式表中的各個項，如果子類沒有重寫某項，那該項就保留。當例項化物件後，虛函式指標就作為乙個隱藏資料存在於例項中。如果通過父類指標呼叫普通成員函式，由於普通函式和型別繫結在一起，所以仍會呼叫父類成員函式；如果通過父類指標呼叫虛函式，則會通過物件的虛指標找到虛函式表（即子類的虛函式表），定位虛函式項，實現多型。

原理是不是很簡單？c++ 就是通過這種看似原始的方式實現高階抽象。以上是編譯器的通用做法，我手上的 visual studio 2013 編譯器就是這麼做的，為了提高效能，vs 保證虛函式指標存在於物件例項中最前面位置（歷史上也有編譯器不這麼做，好像是 borland 的？）。

visual studio 2013 中的實現

來乙個例子（能這麼寫是因為我已知了 visual studio 2013 編譯後物件的記憶體布局）

#include

using namespace std;

class base

virtual void func2()

virtual void func3()

};class derived: public base

virtual void func3()

};int main()

cout << endl;

derived d;

int** pvirtualtable2 = (int**)&d;

cout << "derived object vtbl address: " << pvirtualtable2[0] << endl;

cout << "function in virtual table" << endl;

for (int i = 0; (base::func)pvirtualtable2[0][i] != null; ++i)

cout << endl;

}列印base object pvtbl address: 0029da58

another base object pvtbl address: 0029da58

function address in virtual table

base::func1

base::func2

base::func3

derived object pvtbl address: 0029db20

function address in virtual table

derived::func1

base::func2

derived::func3

可以看到，同一型別不同例項的虛函式表是相同的，繼承之後，子類有了自己的虛函式表，表也有相應的更新(derived::func1, derived::func3)，表中未重寫的項還保留為原值(base::func2)。

總結本文標題: c++中虛函式的實現詳解

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