虚函数表存储位置

前言

先说结论：虚函数表存储在只读数据段（.rodata）、虚函数存储在代码段（.text）、虚表指针的存储的位置与对象存储的位置相同，可能在栈、也可能在堆或数据段等。

相信大家知道虚表指针和虚函数存储的位置，但对于虚函数表的存储位置一时无法确定。看到这个问题时，我也是蒙的，查阅资料后得知虚函数表存储在只读数据段。但网上一些验证的方法，由于编译器原因无法复现，只能从其他角度推论得出。

反汇编

环境：gcc version 11.3.0 (Ubuntu 11.3.0-1ubuntu1~22.04)

验证代码：

#include 
using namespace std;

class Q {
public:
    virtual void Test() {
        cout << "Test" << endl;
    }
};

class Qgw : public Q {
public:
    virtual void Test() {
        cout << "Test Position" << endl;
    }
};

int main() {
    Q* q = new Qgw;
    q->Test();
    return 0;
}

并不采用打印地址的方式，因为打印出的地址与反汇编得到的地址不同，无法直接得出结果。

首先编译代码：g++ -o test test.cc -O0 -m32，以 32 位方式编译。

然后将符号表输出到文件：objdump -tC test > test.txt。

打开 test.txt 可以找到以下内容：

000012fc  w    F .text			00000044      Qgw::Test()
0000201c  w    O .rodata		00000005      typeinfo name for Qgw
00003ea8  w    O .data.rel.ro	0000000c      typeinfo for Qgw
00003e90  w    O .data.rel.ro	0000000c      vtable for Qgw

第一行比较清晰，说明 Qgw::Test() 存储在 .text 段，也就说明虚函数和普通函数一样，都存储在代码段。

下面几行又是什么东西呢？

根据《深度探索 C++ 对象模型》的 C++ 对象模型可知，typeinfo 是存储在虚函数表中，用来获取对象类型信息的。最下面的 .data.rel.ro 是只读数据段的重定位段，在链接时重定位。由此，可以推出虚函数表是存储在只读数据段的。

相近地址

也可以采用打印地址的方式，与已知的一些段地址比较，看虚函数表地址和哪个段地址更接近。

环境：gcc version 11.3.0 (Ubuntu 11.3.0-1ubuntu1~22.04)

验证代码：

#include 
using namespace std;

class Qgw {
public:
    virtual void Test() {
        cout << "Test Position" << endl;
    }
};

void Func() {
    cout << "func" << endl;
}

int n = 10;

int main() {
    Qgw* q = new Qgw;
    q->Test();

    const char* arr = "qgw";
    cout << ".text:    " << (void*)Func << endl;
    cout << ".rodata:  " << (void*)arr << endl;
    cout << "虚函数表: "  << *(void**)q << endl;
    cout << ".data:    " << &n << endl;
    return 0;
}

函数的地址在上文已经验证了，全局变量和常量字符串的位置，《深入理解计算机系统（第三版）》中说明如下：

• .rodata：只读数据
  • 比如 printf 语句中的格式串（%d\n）
• .data：已初始化的全局和静态 C 变量

使用以下命令：objdump -sC test > test.txt 获取各段更详细的内容，只读数据段内容如下：

可以看到代码中的常量字符串存储在只读数据段。

各段的布局如下图：

编译运行上述代码，得到以下结果：

可以看到虚函数表的位置在数据段和只读数据段位置之间，我们是不能手动修改虚函数表的，因此存储在只读数据段是比较合理的。