虚函数表（vtable）底层原理与内存布局

一、什么是虚函数表（vtable）？

• 虚函数表（vtable）用于实现C++的运行时多态（动态绑定）。

• 每个含有虚函数的类都会自动生成一个虚函数表，表中存放所有虚函数的地址。

• 对象中存储指向虚函数表的指针（vptr），运行时通过该指针调用对应虚函数。

class Base {
public:
    virtual void func1() {}
    virtual void func2() {}
};

class Derived : public Base {
public:
    void func1() override {}
};

内存布局示意图：

Derived对象：
[vptr] --> Derived的vtable

Derived的vtable:
| func1 | --> Derived::func1()
| func2 | --> Base::func2()

---

二、多重继承对vtable的影响

• 多重继承时，对象内存在多个vptr，分别指向每个基类对应的vtable。

class A { virtual void f() {} };
class B { virtual void g() {} };
class C : public A, public B {};

对象内存布局：

C对象:
[vptr_A] --> A类vtable
[vptr_B] --> B类vtable

• 存在多个vptr，访问不同基类时需调整this指针偏移。

---

三、虚继承对vtable的影响

• 虚继承解决菱形继承中重复基类实例的问题。

• 引入虚基表（vbptr），记录虚基类相对对象的偏移。

class A { virtual void foo(){} };
class B : virtual public A {};
class C : virtual public A {};
class D : public B, public C {};

虚继承对象布局：

D对象:
[vptr] --> vtable（虚函数表）
[vbptr] --> vbtable（虚基表，记录A的偏移量）
[其他成员...]
[共享的A类实例]

---

四、总结

• 虚函数表(vtable)实现运行时多态。

• 单继承：单个vptr简单直接。

• 多继承：多个vptr，每个基类独立vtable。

• 虚继承：额外引入虚基表(vbptr)，避免基类重复。

理解vtable的底层原理和内存布局，是C++高级面试中的重点考察内容之一。

视频链接：
 

关注微信公众号 程序员陈子青 解锁你的高薪offer之旅。