c++虚函数内部机制
这是一篇由转载改为原创的文章，有抄袭，我自己的理解。我希望通过我这次自己的总结，来检验自己是否真正理解。
1.vptr和vtable的使用
c++在类形成后，进行编译。编译器发现类中含有虚函数，则讲类中开始预留一个指针放在首部，即vptr。vptr指向该类的一个vtable，用来存放虚函数指针。
所以形成了这样的结果
A *p_a =new A; 这句话后，p_a 指向了new A的首地址。而*（unsigned int *）p_a 所指空间首部为 vptr，而vptr指针又指向 vptable。而vptable 是一个虚函数指针数组。
图解释：
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VPTR——> |&base::vfun1 |
——————
|&base::vfun2 |
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可以用下面的代码调试一下，就明白了。
typedef void (*fun)();
void *getp (void* p) //取p指向的指针值
{
return (void*)*(unsigned long *)p;
}
fun getfun (A* obj, unsigned long off)
{
void *vptr = getp(obj);
cout << "vptr="<<vptr<<endl;
unsigned char *p = (unsigned char *)vptr;
p += sizeof(void*) * off;
return (fun)getp(p);
}
编译器在编译完成后，把所有的函数都放在代码段。而所有对象都放在了数据段。vtable放在了数据段，指向了代码段的函数入口。
2.如何实现多态
多态的定义：多态是面向对象的重要特性,简单点说:“一个接口，多种实现”，就是同一种事物表现出的多种形态。
说直白点就是：同一方法的调用产生了不同的形态。
看到的一个比方：某大学一名男生和女生参加高校比赛。男生代表男子组，女生代表女子组，这些都是编译器已经处理好的。
而在比赛过程中，男子会被安排到男子组比赛，女子会被安排到女子组比赛。同样的比赛会产生不同的形态，男生和女生。这是你自己安排的，所以是运行时决定的。顾为多态，同一事物不同表现形态。
具体到类里面：
class A
{
public:
virtual void print()
{
cout <<" A0: " << this <<endl;
}
};
class B:public A
{
public:
virtual void print()
{
cout << " B: "<<this <<endl;
}
}; B继承于A，
编译器将A编译后，将虚函数print的二进制码放入到代码段。vptr是在程序运行时被初始化的。至于vtable是合适被分配到内存的，为什么所有同一类的对象都指向同一个vtalbe？也是在编译后，转为汇编代码里的。当运行时，从内存分配一个地址，这个地址再去初始化vtptr。所以vptr是被所有对象共有的，可以说是在类生成的时候就决定的了。自己可以用程序试试，我试过，多个对象的vptr都是一样的值。
当A * a = new B；a->print();
输出的是B的方法。
具体发生的过程为：
a被定义为一个A的指针，那么此时编译器就知道a里面的具体分布了，知道如何偏移而去调用A的函数。
new B；分配了一个B的新对象，该对象里面的分布为：
先是A的所有变量，然后下面才是B的成员。这一点非常之重要。正因为B前面的布局跟A一模一样，所以编译器才能通过a调用B的函数。如果B中的函数活变量是A没有的，则编译器不知道如何便宜，就不会调用到目标函数，所以继承时，B尽量不去增加新方法。
B里面的首部vptr被初始化为指向B类的vtable，而vtable早在编译阶段，就已经完成了从A的继承（复制A的vtable，即函数指针数组。如果B有重名函数，则进行覆盖，如果有新函数，则添加到vtable的后面）。
所以，a 调用虚函数时，实际发生的是通过vptr找到vtable从而找到对应函数地址，调用。形成了多态。
3.为什么基类的析构函数需要是虚函数
答曰：为了能在多态调用的时候，正确的析构子类对象。
具体解释是：
A * p_a = new B;
当我们delete p_a;时。 如果A的~函数没有被声明为虚函数，则编译器直接通过代码段找到A的~，调用。此时，B的对象没有被回收。
但是，如果A的~被声明为虚函数，则此时。p_a会去从vptr中找~，而vptr指向的是B的vtable，而且~已经被覆盖指向了B的析构函数，所以B能被正确的回收。
再次声明：函数的析构函数在代码区 和 vtable中都是被标记为~。可以看成是符号，B的析构才能覆盖A的~地址。
4.多重继承
多重继承的类内会有两个vptr和两个vtable。
如
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
virtual void printa()
{
cout <<" A0: " << this <<endl;
}
};
class B
{
public:
virtual void printb()
{
cout << " B: "<<this <<endl;
}
// virtual void print1()
// {
// cout <<" B1: " << this <<endl;
// }
};
class C:public B,public A
{
public:
virtual void printa()
{
cout << " Ca: "<<this <<endl;
}
virtual void printb()
{
cout << " Cb: "<<this <<endl;
}
};
typedef void (*fun)();
void *getp (void* p)
{
return (void*)*(unsigned long *)p;
}
fun getfun (void* obj, unsigned long off)
{
void *vptr = getp(obj);
cout << "vptr="<<vptr<<endl;
unsigned char *p = (unsigned char *)vptr;
p += sizeof(void*) * off;
return (fun)getp(p);
}
int main()
{
A * a =new C;
B * b =new C;
fun f = getfun(a,0);
(*f)();
f = getfun(b,0);
(*f)();
}
C继承于A,B。A * a 指向C时，编译器会调整 保证a 的vptr所指向的是正确的vtable。调整了内部的this指针，为 -4 ，0xFFFFFFFC.保证this偏移后，能调用正确的内部变量。
单继承中this都为0x00000000.是一种调用内部变量的快速偏移值。
当 B *b =new C.时，b指向 第二个vptr，即继承于B的C的vtable。此时this = = 0x00000000.
C 类第一个vptr 指向继承的最右边的A,vptr指向的是 B继承来的vtable。
5.虚继承
虚继承是为了防止二义性的，在子类中只保留一份虚基类的成员变量，编译器在编译代码的时候进行了特殊处理，使每个子类中会多含有一些指针，这些指针的位置。但各家编译器的实现原理不同，指针指向的位置也不同。有的编译器指向的是一张新的虚基类表，部分编译器在这个表里存的是所有虚基类的地址，另一些编译器在这个表里存的是偏移量；有的编译器直接在子类中存入指针指向各个虚基类地址，继承的虚基类越多，这个类就越大
如
class D:virtual public A
{
}; //size = 8
class E:virtual public A
{
}; //size = 8
class F:virtual public E
{
};// 12
如果 E虚继承D,则大小为 8 12 16.每一次虚继承，都讲this增加偏移一次吧。就要看，有几个基类，然后将大小相加再加上基类个数 * 指针大小。
既然是防止存在二义性。则一个基类在孙子类中只有一个实体。这里已经不是很明白了。