C++虚函数的实现机制分析

本文针对C++的虚函数的实现机制进行较为深入的分析，具体如下：

1、简单地说，虚函数是通过虚函数表实现的。那么，什么是虚函数表呢？
事实上，如果一个类中含有虚函数，则系统会为这个类分配一个指针成员指向一张虚函数表（vtbl），表中每一项指向一个虚函数的地址，实现上就是一个函数指针的数组。

例如下面这个例子：

class Parent
{
public:
 virtual void foo1() { }
 virtual void foo1() { }
 void foo1();
};

class Child1
{
public:
 void foo1() { }
 void foo3();
};

class Child2
{
public:
 void foo1() {}
 void foo2() {}
 void foo3();
};

下面列出了各个类的虚函数表（vtbl）的内容。
Parent类的vtbl：Parent::foo1( )的地址、Parent::foo1( )。
Child1类的vtbl：Child1::foo1( )的地址、Parent::foo1( )。
Child2类的vtbl：Child1::foo1( )的地址、Child2::foo1( )。

2、可以看出，虚函数表既有继承性，又有多态性。每个派生类的vtbl继承了它各个基类的vtbl，如果基类vtbl中包含某一项，则派生类的vtbl中也将包含同样的一项，但是两项的值可能不同。如果派生类覆盖了该项对应的虚函数，则派生类vtbl的该指针先指向重载后的虚函数，没有重载的话，则沿用基类的值。

3、在类对象的内存布局中，首先是该类的vtbl指针，然后才是对象数据。在通过对象指针调用一个虚函数时，编译器生成的代码将先获取对象类的vtbl指针，然后调用vtbl中对应的项。对于通过对象指针调用的情况，在编译期间无法确定指针指向的是基类对象还是派生类对象，或者是哪个派生类的对象。但是在运行期间执行到调用语句时，这一点已经确定，编译后的调用代码能够根据具体对象获取正确的vtbl，调用正确地虚函数，从而实现多态性。

4、分析一下这里的思想所在：
问题的实质是这样，对于发出虚函数调用的这个对象指针，在编译期间缺乏更多的信息，而在运行期间具备足够的信息，但那时已不再进行绑定了，怎么在二者之间做一个过渡呢？
把绑定所需的信息用一种通用的数据结构记录下来，该数据结构可以同对象指针相联系，在编译时只需要使用这个数据结构进行抽象的绑定，而在运行期间将会得到真正的绑定。这个数据结构就是vtbl。可以看到，实现用户所需的抽象和多态需要进行后绑定，而编译器又是通过抽象和多态实现后绑定的。