C++对象内存模型2 （虚函数，虚指针，虚函数表）

Posted 2020-08-07 wangxiaobao的博客

虚函数，虚指针（vptr）与虚函数表（vtbl）

从例子入手，考察如下带有虚函数的类的对象内存模型：

 1 class A {
 2 public:
 3     virtual void vfunc1();
 4     virtual void vfunc2();
 5     void func1();
 6     void func2();
 7     virtual ~A();
 8 private:
 9     int m_data1, m_data2;
10 }; 
11 
12 class B : A {
13 public:
14     virtual void vfunc1();;
15     void func2();
16     virtual ~B();
17 private:
18     int m_data3;
19 };
20 
21 class C : B {
22 public:
23     virtual void vfunc1();
24     void func();
25 private:
26     int m_data1, m_data4;
27 };

注：在子类中出现与父类相同名称的变量和非虚函数不是最佳实践，这里是为了说明其内存结构。

其对象内存结构见下图。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　*图片来源于侯捷老师

对其分析如下：

1. 每个含有虚函数的类在内存中多一根指针（vptr）,见图中a,b,c对象中第一个位置，存储的是虚函数表（vtbl）所在的位置。

2. 虚函数表（vtbl）存储着所有虚函数的位置，由于其动态绑定特性，在覆写（override）后在子类中存储的虚函数位置与父类中不相同。

3. 分析上述代码， B继承A，所以A中的数据部分也被B继承下来，同时B添加上了自己的数据部分m_data3，加之vptr，组成了B左侧的内存布局。

　　A中的虚函数vfunc1()，vfunc2()可以被覆写和动态绑定。

　　所以在B中，vfunc1()被覆写，其vtbl中对应项指向了新的函数的位置（亮蓝色）。vfunc2()未被覆写，仍然指向原先位置（深蓝色）。

　　C与B同理，vfunc1()被覆写，其vtbl中对应项指向了新的函数的位置（橘黄色）。vfunc2()未被覆写，仍然指向原先位置（深蓝色）。

非虚函数静态绑定，存储在单独的内存空间（code memory section，灰色函数部分），调用时把对象的this指针，传给一个invisible参数，以便确定谁在调用函数。

4. 调用虚函数的语句的C语言形式如图中下部分所示，其中n表示对应的函数在第几个位置（编译器在建立虚函数表的时候已知），从而实现动态绑定。