虚函数表长什么样

Posted 2023-01-21 3A是个坏同志

对C++了解的人都应该知道虚函数（Virtual Function）是通过一张虚函数表（Virtual Table）来实现的。简称为V-Table。在这个表中，主是要一个类的虚函数的地址表，这张表解决了继承、覆盖的问题，保证其容真实反应实际的函数。这样，在有虚函数的类的实例中这个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来操作一个子类的时候，这张虚函数表就显得由为重要了，它就像一个地图一样，指明了实际所应该调用的函数。
 

这里我们着重看一下这张虚函数表。C++的编译器应该是保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置（这是为了保证取到虚函数表的有最高的性能——如果有多层继承或是多重继承的情况下）。 这意味着我们通过对象实例的地址得到这张虚函数表，然后就可以遍历其中函数指针，并调用相应的函数。

假设我们有这样一个类：

class Base 
     public:
            virtual void f()  cout << "Base::f" << endl; 
            virtual void g()  cout << "Base::g" << endl; 
            virtual void h()  cout << "Base::h" << endl; 
 
;

它的虚函数表在内存中就像这样：

在上面这个图中，虚函数表的最后多加了一个结点，这是虚函数表的结束结点，就像字符串的结束符“/0”一样，其标志了虚函数表的结束。这个结束标志的值在不同的编译器下是不同的。在WinXP+VS2003下，这个值是NULL。而在Ubuntu 7.10 + Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3下，这个值是如果1，表示还有下一个虚函数表，如果值是0，表示是最后一个虚函数表。

下面，再让我们来看看继承时的虚函数表是什么样的。假设有如下所示的一个继承关系：

在这个继承关系中，子类没有重载任何父类的函数。那么，在派生类的实例中，其虚函数表如下所示：

下面，我们来看一下，如果子类中有虚函数重载了父类的虚函数，会是一个什么样子。这次我覆盖了父类的一个函数f()：

我们看到，覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。而没有被覆盖的函数依旧。

这样，我们就可以看到对于下面这样的程序：

Base *b = new Derive();
b->f();

由b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被Derive::f()函数地址所取代，于是在实际调用发生时，是Derive::f()被调用了。这就实现了多态。

下面，再让我们来看看多重继承中的情况，假设有下面这样一个类的继承关系（子类并没有覆盖父类的函数）：

对于子类实例中的虚函数表，是下面这个样子：

我们可以看到：
1. 每个父类都有自己的虚表。
2.子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。（所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的）

这样做就是为了解决不同的父类类型的指针指向同一个子类实例，而能够调用到实际的函数。覆盖函数的情况和前面一样，会覆盖相应父类的函数指针。

我们知道，子类没有重载父类的虚函数是一件毫无意义的事情。因为多态也是要基于函数重载的。虽然在上面的图中我们可以看到Base1的虚表中有Derive的虚函数，但我们根本不可能使用下面的语句来调用子类的自有虚函数：

Base1 *b1 = new Derive();
b1->f1();  //编译出错

任何妄图使用父类指针想调用子类中的未覆盖父类的成员函数的行为都会被编译器视为非法，所以，这样的程序根本无法编译通过。但在运行时，我们可以通过指针的方式访问虚函数表来达到违反C++语义的行为。
另外，如果父类的虚函数是private或是protected的，但这些非public的虚函数同样会存在于虚函数表中，所以，我们同样可以使用访问虚函数表的方式来访问这些非public的虚函数，这是很容易做到的。