C++虚函数的简单实现原理

C++中的虚函数的作用主要是实现多态的机制。关于多态，简而言之就是用父类型别的指针指向其子类的实例，然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数。这种技术可以让父类的指针有“多种形态”，这是一种泛型技术。所谓泛型技术，说白了就是试图使用不变的代码来实现可变的算法。

虚函数表

C++ 虚函数（Virtual Function）是通过一张虚函数表（Virtual Table）来实现的。简称为vtable。在这个表中，主是要一个类的虚函数的地址表，这张表解决了继承、覆盖的问题，保证其容真实反应实际的函数。这样，在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了这个实例的内存中，所以，当我们用父类的指针来操作一个子类的时候，这张虚函数表就显得由为重要了，它就像一个地图一样，指明了实际所应该调用的函数。

这里我们着重看一下这张虚函数表。在C++的标准规格说明书中说到，编译器必需要保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置（这是为了保证正确取到虚函数的偏移量）。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。具体的用法如下：

class A {
public:
    virtual void vfunc1();
    virtual void vfunc2();
private:
    int a
};

class B : public A {
public:
    void vfunc2();
private:
    int b;
};

因为类A中定义了虚函数vfunc1( )，和vfunc2( )，所以编译器为A类准备了一个虚表vtableA，内容如下：

A::vfunc1的地址

A::vfunc2的地址

类B因为继承了A，所以编译器也为B准备了一个虚表vtableB，内容如下：

A::vfunc1的地址

B::vfunc2的地址

因为类B中重写了A的vfunc2，所以B的虚表的vfunc2放的是B::vfunc2的入口地址，但是vfunc1是从上面的A继承下来的，所以vfunc2的地址是A::vfunc2的入口地址。

虚函数指针

当主程序需要声明B类对象b的时候，编译器分配空间时，除了A的成员的int a，B的成员int b；以外，还需要分配一个虚指针vptr，指向B的虚表vtableB，类B的成员b的布局如下：

vptr ： 指向B的虚表vtableB

int a： 继承A的成员

int b： B成员

当如下语句的时候：

B b;
A *pa = &b;

pa的结构就是A的布局（就是说用pa只能访问的到b对象的前两项，访问不到第三项int b）

那么pa->vfunc2( )中，编译器知道的是，vfunc2是一个声明为virtual的成员函数，而且其入口地址放在表格（无论是vtalbeA表还是vtalbeB表）的第2项，那么编译器编译这条语句的时候就如是转换：call *(pa->vptr)[1]（C语言的数组索引从0开始）。

这一项放的是B :: vfunc2( )的入口地址，这就实现了多态（注意b的vptr指向的是B的虚表vtableB）。