C++多态与虚函数表
转自https://www.cnblogs.com/findumars/p/9845429.html
首先第一点：
为什么运行时多态无法在编译期进行：
比如
class A
{
virtual void func(){...};
};
class A1:public A
{
void func(){...};
};
对于这样一种最简单的形式，A1派生类对基类A中的func方法进行了重写。
在我们的程序中，假如有一个A*型指针pa：
对于pa->func()，我们并不知道它到底要调用哪个func,比如在某一行:pa=new A();pa->func();我们知道这时是调用的基类的func();
但在下一行，很可能就是pa=new A1();pa->func();这下就是调用派生类A1的func方法了。
但对于编译器来说，这两个pa->func();对它来说它完全看不出任何区别，这样就无法在编译期将这个操作的函数地址定下来，因为func的地址既可能是A里的func的地址，也可能是A1中的func的地址，对于pa->func();这样有两种可能性，语义不详的语句，编译器当然不可能将它翻译成只有一个意思的机器指令，因此编译期是无法进行这种多态行为的。
但对于静态多态：重载与函数模板
对于重载func函数，由于是通过name magling的方式实现的，因此虽然都是func函数，但由于参数不同，实际上在name magling后，他们是两个名字完全不同的函数，这样在编译器看来，是完全可以把他们翻译成不同的机器指令的，因此是在编译期进行的。
对于模板来说，一个Add函数:
因此，对于编译器来说，它也是可以将这些调用翻译成不同的机器指令的。
其次第二点：
基类指针只能调用基类的方法（包括派生类重写的方法），而无法调用派生类新增的虚函数方法，尽管新增的虚函数很可能也写在这个基类的虚指针所指向的虚表中。
对于A* a=new B();
a->displaya()是可行的，但a->displayb()是不可行的，基类指针a只能调用A自己的方法和B重写的A中的方法。
这在逻辑上也是合理的，B是A的派生类，B是建立在A之上，再加上一部分特点所形成的的新的类，而A*型指针调用的方法应该是A与B的共性的方法，毕竟B是A的一种而A不是B的一种，A*型指针也正应该只能使用A与B的共性的部分，也就是A的方法。
class A
{
public:
virtual void displaya()
{
cout<<"a"<<endl;
}
};
class B:public A
{
public:
virtual void displayb()
{
cout<<"b"<<endl;
}
};
关于运行时的多态的实现，猜测是不是这样进行的呢？（现在只是猜测，书还没看完）
还是以上面func()举例子：
对于A* pa=new A();pa->func();
和A* pa=new A1();pa->func();
虽然我们不知道pa到底指向谁，是A对象亦或是A1对象，但我们有一点是确定的，那就是它们的函数都是func函数
这样如果我们将虚指针vptr放置在固定的位置，则pa->func()就会能有两种功能了。
比如pa=new A();pa->func();
这时pa指向A的起始地址，此时虚函数表中的func函数未被重写，因为是A对象，这样pa找到固定位置处的vptr，然后跳转到A的虚函数表，找到func(),然后执行。
对于pa=new A1();pa->func();
这时pa还是指向A的起始地址（因为是先放基类，在存放派生类成员），此时虚函数表中的func已经被重写了，因为指向的是A1类型的对象，这样pa找到固定位置处的vptr，然后跳转到A的虚函数表（单一继承下派生类的虚函数还是写在A的虚表里），找到func，然后执行。
这样pa->func在运行期就可以根据不同的指向对象而执行不同的功能。
class A
{
virtual void func(){...};
};
class A1:public A
{
void func(){...};
};
虚函数表：
单继承时的虚函数表：
1、无虚函数覆盖
假如现有单继承关系如下：
class Base
{
public:
virtual void x() { cout << "Base::x()" << endl; }
virtual void y() { cout << "Base::y()" << endl; }
virtual void z() { cout << "Base::z()" << endl; }
};
class Derive : public Base
{
public:
virtual void x1() { cout << "Derive::x1()" << endl; }
virtual void y1() { cout << "Derive::y1()" << endl; }
virtual void z1() { cout << "Derive::z1()" << endl; }
};
在这个单继承的关系中，子类没有重写父类的任何方法，而是加入了三个新的虚函数。Derive类实例的虚函数表布局如图示：
- Derive class 继承了 Base class 中的三个虚函数，准确的说，是该函数实体的地址被拷贝到 Derive 实例的虚函数表对应的 slot 之中。
- 新增的 虚函数 置于虚函数表的后面，并按声明顺序存放。
2、有虚函数覆盖
如果在继承关系中，子类重写了父类的虚函数：
class Base
{
public:
virtual void x() { cout << "Base::x()" << endl; }
virtual void y() { cout << "Base::y()" << endl; }
virtual void z() { cout << "Base::z()" << endl; }
};
class Derive : public Base
{
public:
virtual void x() { cout << "Derive::x()" << endl; } // 重写
virtual void y1() { cout << "Derive::y1()" << endl; }
virtual void z1() { cout << "Derive::z1()" << endl; }
};
则Derive类实例的虚函数表布局为：
相比于无覆盖的情况，只是把 Derive::x() 覆盖了Base::x()，即第一个槽的函数地址发生了变化，其他的没有变化。
这时，如果通过绑定了子类对象的基类指针调用函数 x()，会执行 Derive 版本的 x()，这就是多态。
多重继承时的虚函数表
1、无虚函数覆盖
现有如下的多重继承关系，子类没有覆盖父类的虚函数：
class Base1
{
public:
virtual void x() { cout << "Base1::x()" << endl; }
virtual void y() { cout << "Base1::y()" << endl; }
virtual void z() { cout << "Base1::z()" << endl; }
};
class Base2
{
public:
virtual void x() { cout << "Base2::x()" << endl; }
virtual void y() { cout << "Base2::y()" << endl; }
virtual void z() { cout << "Base2::z()" << endl; }
};
class Derive : public Base1, public Base2
{
public:
virtual void x1() { cout << "Derive::x1()" << endl; }
virtual void y1() { cout << "Derive::y1()" << endl; }
};
对于 Derive 实例 d 的虚函数表布局，如下图：
可以看出：
- 每个基类子对象对应一个虚函数表。
- 派生类中新增的虚函数放到第一个虚函数表的后面
注意，这也就是为什么《深度探索C++对象模型里》对于多重继承的情况下要不断调整指针的指向的原因：
比如Base2* pb2=new Derive();
由于Base2是与Base1平级的基类，因此pb2的指向要从new Derive()的起始地址调整到Base2 subobject处，因为pb2只能调用Derived与Base2的共有部分的函数，不能调用Base1部分的函数，因此要调整到Base2 subobject处，因为Base2的虚指针在此处，不然将使用Base1的虚指针进行跳转，从而不能调用Base2的方法。
而当delete pb2时又要跳转到new Derive()的起始处，因为派生类对析构函数是进行了重写的，而派生类中重写的函数将写入第一个基类，也就是Base1里的vptr所指向的虚表中，因此要调整到new Derive()首处，这样才能正确的调用析构函数。
2、有虚函数覆盖
将上面的多重继承关系稍作修改，让子类重写基类的 x() 函数：
class Base1
{
public:
virtual void x() { cout << "Base1::x()" << endl; }
virtual void y() { cout << "Base1::y()" << endl; }
virtual void z() { cout << "Base1::z()" << endl; }
};
class Base2
{
public:
virtual void x() { cout << "Base2::x()" << endl; }
virtual void y() { cout << "Base2::y()" << endl; }
virtual void z() { cout << "Base2::z()" << endl; }
};
class Derive : public Base1, public Base2
{
public:
virtual void x() { cout << "Derive::x()" << endl; } // 重写
virtual void y1() { cout << "Derive::y1()" << endl; }
};
相比于无覆盖的情况，只是将Derive::x()覆盖了Base1::x()和Base2::x()而已，你可以自己写测试代码测试一下，这里就不再赘述了。
注：若虚函数是 private 或 protected 的，我们照样可以通过访问虚函数表来访问这些虚函数，即上面的测试代码一样能运行。
附：编译器对指针的调整
在多重继承下，我们可以将子类实例绑定到任一父类的指针（或引用）上。以上述有覆盖的多重继承关系为例：
Derive b;
Base1* ptr1 = &b; // 指向 b 的初始地址
Base2* ptr2 = &b; // 指向 b 的第二个子对象
- 因为 Base1 是第一个基类，所以 ptr1 指向的是 Derive 对象的起始地址，不需要调整指针（偏移）。
- 因为 Base2 是第二个基类，所以必须对指针进行调整，即加上一个 offset，让 ptr2 指向 Base2 子对象。
- 当然，上述过程是由编译器完成的。
Base1* b1 = (Base1*)ptr2;
b1->y(); // 输出 Base2::y()
Base2* b2 = (Base2*)ptr1;
b2->y(); // 输出 Base1::y()
这里，由于ptr2指向的是Base2子对象的地址，因此尽管b1是Base1型指针，同时也将ptr2转换成了Base1，但ptr2的地址仍然是Base2的地址，因此调用y()也将调用Base2中的y();
同理，由于ptr1指向的是Base1的地址，因此尽管b2是Base2型指针，同时也将ptr1转换成了Base2，但ptr1的地址仍然是Base1的地址，因此调用y()也将调用Base1中的y()
其实，通过某个类型的指针访问某个成员时，编译器只是根据类型的定义查找这个成员所在偏移量，用这个偏移量获取成员。由于 ptr2 本来就指向 Base2 子对象的起始地址，所以b1->y()调用到的是Base2::y()，而 ptr1 本来就指向 Base1 子对象的起始地址（即 Derive对象的起始地址），所以b2->y()调用到的是Base1::y()。
