C++基础#17：C++中的虚函数表

虚函数表简介：

前面文章学习了C++的虚函数(Virtual Function)，纯虚函数等内容。那么，在多态情形下，虚函数是如何知道需要调用哪一个子类的函数呢？ 答案就是虚函数表。

在C++中，虚函数被通过一张虚函数表(Virtual Table)来实现的，简称为V-Table，表中每一项是一个虚函数的地址， 也就是说，虚函数表的每一项是一个虚函数的指针。在这个表中，描述了一个类的虚函数的地址表，这张表解决了继承、覆盖(override)的问题，保证其能真实的反应实际的函数。这样，在有虚函数的类的实例中这张表被分配在了这个实例的内存中，所以当我们用父类的指针操作一个子类的时候，这张虚函数表就显得尤为重要了，它为我们指明了实际所应该调用的函数。

虚函数表中只存有一个虚函数的指针地址，不存放普通函数或是构造函数的指针地址。只要有虚函数，C++类都会存在这样的一张虚函数表。没有虚函数的C++类，是不会有虚函数表的。

简单来进行一个总结：

1）虚函数表的作用：确保能够找到真正要调用的子类的函数。

2）虚函数表创建的时间：在一个类构造的时候，创建这张虚函数表，而这个虚函数表是供整个类所共有的。虚函数表存储在对象最开始的位置。

3）虚函数表的本质：虚函数表其实就是函数指针的地址。函数调用的时候，通过函数指针所指向的函数来调用函数。

虚函数表举例：

代码（vtable5.cpp）：

#include <iostream>

using namespace std;

class Base {
public:
    int a;
    virtual void fun1() {cout<<"Base::fun1"<<endl;}
    virtual void fun2() {cout<<"Base::fun2"<<endl;}
    virtual void fun3() {cout<<"Base::fun3"<<endl;}
};

class Derive : public Base{
public:
    void fun2() {cout<<"Derive::fun2"<<endl;}
};

//可以稍后再看
int main () {
    cout<<"size of Base: "<<sizeof(Base)<<endl;

    typedef void(*Func)(void);
    Base b;
    Base *d = new Derive();
    d->a = 5;
    cout<<"d->a="<<d->a<<endl<<endl;

    long* pvptr = (long*)d;
    long* vptr = (long*)*pvptr;
    Func f1 = (Func)vptr[0];
    Func f2 = (Func)vptr[1];
    Func f3 = (Func)vptr[2];

    f1();
    f2();
    f3();

    return 0;
}

运行结果：

aibook@aibookdeMacBook-Pro c_stu % g++ vtable5.cpp

aibook@aibookdeMacBook-Pro c_stu % ./a.out

size of Base: 16

size of int: 4

d->a=5

Base::fun1

Derive::fun2   //说明：调用的是子类的fun2

Base::fun3

每个类都有一个虚函数表，所以，对应的虚函数表如下：

Base中虚函数表结构：

 Derive中虚函数表结构：

说明：

1）d对象的首地址就是vptr指针的地址-pvptr；
2）取pvptr的值就是vptr-虚函数表的地址；
3）取vptr中[0][1][2]的值就是这三个函数的地址；

4）虚函数本质上是一个函数指针，int的长度也是4，所以，sizeof（Base）的值就是：16（3个指针+1个int）；

5）在Derive中，g()函数重写了父类的g()，因此，在Derive的虚函数表中，vptr指向的第二个函数就是Derive::g()，而不是父类的Base::g()。

这样，就保证了在多态情形下，准能找到真正实例化的子类的对象。

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