【原创】深入理解虚函数表

关键字：虚函数，虚函数表，动态绑定，静态绑定，指针

要点

1. 但凡一个类里有虚函数，无论多少个，它都会维护一个虚函数表，这个虚函数表由这个类管理，所有实例共用一张
2. 虚函数表会被放在每个实例的最前面——地址空间的前四/八个字节存放虚函数表的指针，这是为了在发生对象切片的时候虚函数表不会被切掉
3. 假如一个类 class A 有一个实例 a，如何获得其虚函数表？

以32位机为例，如果是64位机，这里需要把 int 换成 double、long long等八字节类型
&a：取 a 的地址
(int*)(&a)：将 a 的地址转为 int 类型的指针
● Q1：* 和 & 从符号角度上看起来可以抵消，为什么不直接 (int) a？
○ 非法类型转换，a 不能转换成 int 类型，但 a 的地址可以转换成 int 类型的指针
(int)(&a)：对这个 int 类型的指针取值，拿到 虚函数表的地址/指针
(int*)(int)(&a)：将这个虚函数表的地址/指针转换为 int 类型的指针，这就是 虚函数表里第一个函数的指针
(int*)(int)(&a) + i：第 i 个函数的指针

4. 根据 3，可以验证 1，通过取两个 class A 的实例的虚表地址，可以知道它们共用一张表
5. 虚函数在基类和派生类间的继承有两种情况：如果 override，就实现多态，如果没改，就像普通函数一样继承
   然而没有被 override 的虚函数并不就是普通函数，它会出现在基类和派生类的虚函数表里，编译器只认得它前面的 virtual 标签，不管它在后面是不是 override 了，都需要查表调用
6. 基于 5，我们说只有需要重写的函数加 virtual，因为哪怕不重写，带 virtual 多了一个查表的环节，就多了一部分运行时开销

实例

代码部分

1. A：A::fucn1（虚）、A::func2（虚）、A::func3（普通函数）
2. B：B::func1（虚）、A::func2（虚）、A::func3（普通函数）、B::func4（普通函数）
3. 两次调用 func4 均失败，Why？
   因为编译器从来都不知道 pa 的值的真实类型，它就认为 pa 的值是一个 A*
   说明动态绑定依靠的是对象内部存储的虚函数表指针，在运行时找到正确的函数，而 a 也好 pa 也好，它们的类型早在编译期就已经确定，即动态绑定只是函数层面上的多态，并不是类型层面上的多态

另一种情况？

问题：

假如在基类和派生类中，各自拥有一个返回值、函数名、参数列表完全相同的函数，但不是 virtual，那么这个时候怎么调用？

答：

没有 virtual，说明这两个函数不会出现在虚函数表中，那就不会呈现出多态，B 中的 func1 会覆盖掉继承过来的同名函数
在调用的时候，就像上面说到的，编译器没有分辨右侧对象类型的能力，它这个名字所代表的类型是什么，它的值的类型就是什么
也就是说第 13 行代码里出现了两次静态绑定：首先是 名字 p 与 名字的类型 A 的静态绑定，然后是 名字 p 的值 与 名字 p 的类型 的静态绑定
换个更好理解的说法，第 13 行赋值的过程中，bObject 发生了派生类到基类的类型转换
当然，在第一段代码的第 16 行，也是这两次静态绑定，虚函数只是实现了函数层面上的多态，它不具备类型多态的能力
虚函数实现动态绑定，并不是它可以理解值真实的类型，而是依靠这个对象最前面那几个字节所存储的那个虚函数表
因此，14 行调用 p 的 func1，编译器认为 p 的值的类型是 A，然后根据 A 的数据结构去解读（数据结构，可以理解为编译器与内存间的一种协议，编译器按照这种协议去解析内存中的值）
由于 A 的 func1 并没有 virtual，OK，那直接执行 class A 里面的 func1

和它类似的，就是顶层const、底层const的一种应用，为什么在对象拷贝时，常量的底层const不能赋值给非常量的底层const

总结

虚函数表是很重要，但是透过这个例子，理解编译器视角下 名字的类型 和 值的类型，是更重要的事情