深入理解c++多态实现原理

最新推荐文章于 2025-11-06 22:59:05 发布

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本文深入探讨C++中多态的实现原理，包括虚函数表的构造与使用过程，以及如何通过基类引用调用派生类成员函数。通过具体实例及反汇编分析，揭示多态背后的技术细节。

引言

多态是指通过基类的指针或者引用，在运行时动态调用实际绑定对象函数的行为。与之相对应的编译时绑定函数称为静态绑定。多态是面向对象编程的核心思想之一，因此我们有必要深入探索一下它的实现原理。理解了原理才能更好的使用。

前置条件

现有代码如下所示，非常简单的例子。通过基类的引用调用recv函数来触发多态。接下来的分析涉及汇编知识，如果还没熟悉汇编，可以看另外一篇文章<深入理解c++函数调用的参数传递与局部变量申请>

#include <stdio.h>
#include <string>

#define trace(fmt, ...) printf("[trace] %s:%s:%d " fmt, __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, ##__VA_ARGS__)

class IClient
{
	public:
		IClient(){};
		virtual ~IClient(){};
		virtual ssize_t recv(char *buff, size_t len) = 0;
};
class CStreamClient: public IClient
{
	public:
		CStreamClient(){};
		~CStreamClient(){};
		ssize_t recv(char *buff, size_t len)
		{
			trace("recv %d bytes in %p\n", len, buff);
			return len;
		}
};
int main(int argc, char **argv)
{
	CStreamClient streamclient;
	IClient &client = streamclient;
	client.recv(NULL, 0);
	return 0;
}

分析

我们都知道拥有虚函数的类都有属于自己的虚表存放在.text段中，实例化后对象拥有一个内建变量_vptr虚表指针，它指向了实际对象的虚表。那么这个_vptr在哪里初始化呢？当然是构造函数。如下图所示，CStreamClient与IClient都会在自己的构造函数中初始化_vptr为自己的虚表地址。不过父类构造先于子类构造函数执行，因此CStreamClient对象指向的是自己的虚表。

接下来我们对main反汇编代码分析如下所示，client对象处于栈中。首先计算出client对象的地址。接下来解引用得到_vptr的值。值得注意的是_vptr并非指向虚表起始地址，而是+0X08。起始4字节猜测是保留，毕竟全是0x00；接下来4字节存放的是对象的类型信息，反汇编typeid()函数你就会发现它就是在读取这个地址指向的typeinfo。

得到_vptr地址后+0x08的偏移得到虚表存放recv地址的地址，再解引用就得到实际绑定对象的recv函数地址了。接下来是各个参数入栈，再跳转执行。