C++虚函数实现原理和虚函数表

C++规定了虚函数的行为，但将实现方法留给了编译器作者。通常，编译器处理虚函数的方法是：给每个对象添加一个隐藏成员。隐藏成员中保存了一个指向函数地址数组的指针。这种数组称为虚函数表（virtual function table, vtbl）。虚函数表中存储了为类对象进行声明的虚函数的地址。

例如，基类对象包含这样一个指针，该指针指向基类中所有虚函数的地址表。派生类对象将包含一个指向独立地址表的指针。如果派生类提供了虚函数的新定义，该虚函数表将保存新函数的地址；如果派生类没有重新定义虚函数，该vtbl将保存函数原始版本的地址。如果派生类定义了新的虚函数，则该函数的地址也将被添加到vtbl中。注意，无论类中包含的虚函数是1个还是10个，都只需要在对象中添加1个地址成员，只是表的大小不同而已。

                                                                                 -------------摘自《C++ Primer Plus》

出于方便定位虚函数表的考虑，编译器一般将虚函数表的地址存放在对象内存的开头。

参考上图，我们可以做以下实验，

#include <iostream>
using namespace std;

typedef void (*PFUNC)(void);

class Base
{
    private:
        int price;
    public:
        virtual void prnmsg()
        {
            cout << "Where are you?" << endl;
        }
};


class Derive : public Base
{
    public:
    void prnmsg()
    {
        cout << "I'm here!" << endl;
    }
    virtual void prnmsg01()
    {
        cout << "Look out!" << endl;
    }
};

int main()
{
    Derive der;
    der.prnmsg();

    long vtl = *(long*)&der;
    PFUNC fnc = (PFUNC)*((long*)vtl);
    fnc();
    fnc = (PFUNC)*((long*)vtl+1);
    fnc();

    return 0;
}

如上代码，为了将虚函数地址赋给函数指针，并使用函数指针执行该虚函数，

首先取对象的地址，&der，由于虚函数表地址是存放在对象内存开头且是一个地址，在64位机中，地址占有8个字节的长度即long类型大小。因此(long*)&der，将对象的首地址强转成(long*)，再使用*运算符                  *(long*)&der，得到对象首地址存放的虚拟表地址数值，使用vtl保存该数值

long vtl = *(long*)&der;

vtl保存的8字节数值实际上是一个有效地址，指向虚函数表数组的首地址，因此再次使用*运算符便可以得到对象第一个虚函数的入口地址，                               

  PFUNC fnc = (PFUNC)*((long*)vtl);

同理，对象第二个虚函数的入口地址为

fnc = (PFUNC)*((long*)vtl+1);