C++中关于虚函数与虚函数表的理解

在c++中多态性可大致分为两类：静态多态和动态多态。

函数重载和运算符重载实现的多态属于静态多态，动态多态性是通过虚函数实现的。

每个含有虚函数的类有一张虚函数表(vtbl)，该表是一个一维的数组，表中每一项是一个虚函数的地址， 也就是说，虚函数表的每一项是一个虚函数的指针。没有虚函数的C++类，是不会有虚函数表的。

两张图：

下面是一些简单例子，是在vc6.0中编译的：

#include <iostream>
#include <windows.h> 
using namespace std;
 class base
{
     virtual void f(){cout<<"base::f"<<endl;};
     virtual void g(){cout<<"base::g"<<endl;};
     virtual void h(){cout<<"base::h"<<endl;};
}; 
 typedef void (*pfun)();
 void main()
 {
     DWORD w=0x4011e0; //虚函数表第一项的内容，也就是第一个虚函数的地址
 
     pfun fun=NULL;
     base b;
     base *pbase=&b;
 
     fun=(pfun)w;
     fun();    //调用第一个虚函数
 }

编译查看对象b在内存中的情况：

查看虚函数表：

 虚函数表的指针4个字节大小（vptr），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。

注意：虚函数表的结束标志在不同的编译器下是不同的。在VC6.0下，这个值是NULL

另外再补充一个例子

#include <iostream>
using namespace std;
class base
{
    virtual void f(){cout<<"base::f"<<endl;};
    virtual void g(){cout<<"base::g"<<endl;};
    virtual void h(){cout<<"base::h"<<endl;};
};

class Derive : public base
{
   
public:
    Derive(){};
    virtual void f() { cout << "Derive::f" << endl; }    
    virtual void g() { cout << "Derive::g" << endl; }
    };

typedef void(*pfun)();
void main()
{
    pfun fun=NULL;
    Derive d;
    base *p=&d;
    fun=(pfun)**((int**)p);
    fun();    //调用第一个虚函数
    fun=(pfun)*(*((int**)p)+2);
    fun();    //调用第三个函数
}

查看对象d在内存中：

在多重继承中的情况：

有几个父类，就有几个vtab和vptr

具体的代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;
class Base1 {
public:
            virtual void f() { cout << "Base1::f" << endl; }
            virtual void g() { cout << "Base1::g" << endl; }
             virtual void h() { cout << "Base1::h" << endl; }
 };
 class Base2 {
 public:
             virtual void f() { cout << "Base2::f" << endl; }
             virtual void g() { cout << "Base2::g" << endl; }
             virtual void h() { cout << "Base2::h" << endl; }
 };
  class Base3 {
 public:
             virtual void f() { cout << "Base3::f" << endl; }
             virtual void g() { cout << "Base3::g" << endl; }
             virtual void h() { cout << "Base3::h" << endl; }
 };
 
 class Derive : public Base1, public Base2, public Base3 {
 public:
             virtual void f() { cout << "Derive::f" << endl; }
             virtual void g1() { cout << "Derive::g1" << endl; }
 };
 
 typedef void(*Fun)(void);
 int main() 
{
             Fun pFun = NULL;
             Derive d;
             int** pVtab = (int**)&d;
             //Base1's vtable
             //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+0);
             pFun = (Fun)pVtab[0][0];
             pFun();
             //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+1);
             pFun = (Fun)pVtab[0][1];
             pFun();
             //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+2);
             pFun = (Fun)pVtab[0][2];
             pFun();
             //Derive's vtable
             //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+3);
             pFun = (Fun)pVtab[0][3];
             pFun();
             //The tail of the vtable
             pFun = (Fun)pVtab[0][4];
             cout<<pFun<<endl;
             //Base2's vtable
             //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+0);
             pFun = (Fun)pVtab[1][0];
             pFun();
             //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+1);
             pFun = (Fun)pVtab[1][1];
             pFun();
             pFun = (Fun)pVtab[1][2];
             pFun(); 
            //The tail of the vtable
             pFun = (Fun)pVtab[1][3];
             cout<<pFun<<endl;
             //Base3's vtable
             //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+0);
             pFun = (Fun)pVtab[2][0];
             pFun();
              //pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+1);
             pFun = (Fun)pVtab[2][1];
             pFun();
             pFun = (Fun)pVtab[2][2];
             pFun(); 
            //The tail of the vtable
             pFun = (Fun)pVtab[2][3];
             cout<<pFun<<endl;
             cout<<sizeof(d)<<endl;
            return 0;
 
}