C++虚函数实现原理-白红宇

C++虚函数实现原理

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发布时间：2019-05-20

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在C++中虚函数为派生出来的类提供统一的接口，虚函数的定义也很简单直接加上修饰关键之virtual（后面加上“=0”那就是纯虚函数了）就可以了，之后派生类中进行override。但是需要理解虚函数的调用基理还是的从内存地址的角度去理解它。

上面图中的左边是经常写的继承关系代码，右边是响应的对象在内存中的布局情况。这里讲到的virtual函数的实现机制要求对象携带额外的信息，这些信息用于在运行时确定该对象应该调用哪一个虚函数（基地址加上偏移量）。典型情况下，这一信息具有一种被称为 vptr（virtual table pointer，虚函数表指针）的指针的形式。vptr 指向一个被称为 vtbl（virtual table，虚函数表）的函数指针数组，每一个包含虚函数的类都关联到 vtbl。当一个对象调用了虚函数，实际的被调用函数通过下面的步骤确定：找到对象的 vptr 指向的 vtbl，然后在 vtbl 中寻找合适的函数指针。

因而，在上面的图中可以看到B、D的对象都包含了一个虚函数表。其中：（1）B的对象中的虚函数表中存放着B::foo()和B::bar()两个函数指针;（2）D的对象中的虚函数表中存放的既有继承自B的虚函数B::foo()，又有重写（override）了基类虚函数B::bar()的D::bar()，还有新增的虚函数D::quz()

那么既然每个类的对象中都维护了这样的一个虚函数表，那么在实际的调用过程中发生了什么？比如现在要调用下面的代码（下图左边）：

在图片左边定义了一个函数test()，它传进去了一个B*的参数，那么这个参数就可能指向B的对象，也可能指向D的对象。那么当程序执行到“pb->bar()”时，已经能够判断pb指向的具体类型了：（定义一个函数指针占4字节，每个对象都有一个vptr）

（1）如果pb指向B的对象，可以获取到B对象的vptr，加上偏移值8（(char*)vptr + 8），可以找到B::bar()

（2）如果pb指向D的对象，可以获取到D对象的vptr，加上偏移值8（(char*)vptr + 8），可以找到D::bar()

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