C++虚函数表解析
C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制。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。比如：模板技术，RTTI技术，虚函数技术，要么是试图做到在编译时决议，要么试图做到运行时决议。
关于虚函数的使用方法，我在这里不做过多的阐述。大家可以看看相关的C++的书籍。在这篇文章中，我只想从虚函数的实现机制上面为大家一个清晰的剖析。
当然，相同的文章在网上也出现过一些了，但我总感觉这些文章不是很容易阅读，大段大段的代码，没有图片，没有详细的说明，没有比较，没有举一反三。不利于学习和阅读，所以这是我想写下这篇文章的原因。也希望大家多给我提意见。
言归正传，让我们一起进入虚函数的世界。
虚函数表
对C++ 了解的人都应该知道虚函数（VirtualFunction）是通过一张虚函数表（Virtual Table）来实现的。简称为V-Table。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。
听我扯了那么多，我可以感觉出来你现在可能比以前更加晕头转向了。没关系，下面就是实际的例子，相信聪明的你一看就明白了。
假设我们有这样的一个类：
class Base {
public:
virtualvoid f() { cout << "Base::f" << endl; }
virtualvoid g() { cout << "Base::g" << endl; }
virtualvoid h() { cout << "Base::h" << endl; }
};
typedef void(*Fun)(void);
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
Baseb;
FunpFun=NULL;
cout<<"虚函数表地址:"<<(int*)(&b)<<endl;
cout<<"虚函数表-第一个函数地址:"<<(int*)*(int*)(&b)<<endl;
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&b) );
pFun();
system("pause");
return0;
}
通过这个示例，我们可以看到，我们可以通过强行把&b转成int *，取得虚函数表的地址，然后，再次取址就可以得到第一个虚函数的地址了，也就是Base::f()，这在上面的程序中得到了验证（把int*强制转成了函数指针）。通过这个示例，我们就可以知道如果要调用Base::g()和Base::h()，其代码如下：
(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0); //Base::f()
(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1); //Base::g()
(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2); //Base::h()
这个时候你应该懂了吧。什么？还是有点晕。也是，这样的代码看着太乱了。没问题，让我画个图解释一下。如下所示：
注意：在上面这个图中，我在虚函数表的最后多加了一个结点，这是虚函数表的结束结点，就像字符串的结束符“\0”一样，其标志了虚函数表的结束。这个结束标志的值在不同的编译器下是不同的。在WinXP+VS2003下，这个值是NULL。而在Ubuntu 7.10 + Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3下，这个值是如果1，表示还有下一个虚函数表，如果值是0，表示是最后一个虚函数表。
下面，我将分别说明“无覆盖”和“有覆盖”时的虚函数表的样子。没有覆盖父类的虚函数是毫无意义的。我之所以要讲述没有覆盖的情况，主要目的是为了给一个对比。在比较之下，我们可以更加清楚地知道其内部的具体实现。
一般继承（无虚函数覆盖）
下面，再让我们来看看继承时的虚函数表是什么样的。假设有如下所示的一个继承关系：
请注意，在这个继承关系中，子类没有覆盖任何父类的函数。那么，在派生类的实例中，其虚函数表如下所示：
对于实例：Derive d; 的虚函数表如下：
我们可以看到下面几点：
1）虚函数按照其声明顺序放于表中。
2）父类的虚函数在子类的虚函数前面。
我相信聪明的你一定可以参考前面的那个程序，来编写一段程序来验证。
// vtable.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
using namespace std;
class Base {
public:
virtualvoid f() { cout << "Base::f" << endl; }
virtualvoid g() { cout << "Base::g" << endl; }
virtualvoid h() { cout << "Base::h" << endl; }
};
class Derived:public Base
{
public:
virtualvoid f1() { cout << "Derived::f1" << endl; }
virtualvoid g1() { cout << "Derived::g1" << endl; }
virtualvoid h1() { cout << "Derived::h1" << endl; }
};
typedef void(*Fun)(void);
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
Derivedd;
FunpFun=NULL;
cout<<"子类自己第一个虚函数地址:"<<(int*)((int*)*(int*)(&d)+3)<<endl;
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&d)+3);
pFun();
system("pause");
return0;
}
一般继承（有虚函数覆盖）
覆盖父类的虚函数是很显然的事情，不然，虚函数就变得毫无意义。下面，我们来看一下，如果子类中有虚函数重载了父类的虚函数，会是一个什么样子？假设，我们有下面这样的一个继承关系。
为了让大家看到被继承过后的效果，在这个类的设计中，我只覆盖了父类的一个函数：f()。那么，对于派生类的实例，其虚函数表会是下面的一个样子：
我们从表中可以看到下面几点，
1）覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。
2）没有被覆盖的函数依旧。
这样，我们就可以看到对于下面这样的程序，
Base *b = newDerive();
b->f();
由b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被Derive::f()函数地址所取代，于是在实际调用发生时，是Derive::f()被调用了。这就实现了多态。
验证：
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
using namespace std;
class Base {
public:
virtualvoid f() { cout << "Base::f" << endl; }
virtualvoid g() { cout << "Base::g" << endl; }
virtualvoid h() { cout << "Base::h" << endl; }
};
class Derived:public Base
{
public:
virtualvoid f() { cout << "Derived::f" << endl; }
virtualvoid g1() { cout << "Derived::g1" << endl; }
virtualvoid h1() { cout << "Derived::h1" << endl; }
};
typedef void(*Fun)(void);
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
Derivedd;
Base*ptr=&d;
FunpFun=NULL;
cout<<"子类自己第一个虚函数地址: "<<(int*)((int*)*(int*)(&d)+0)<<endl;
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&d)+0);
pFun();
cout<<"子类自己第四个虚函数地址:"<<(int*)((int*)*(int*)(&d)+3)<<endl;
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&d)+3);
pFun();
system("pause");
return0;
}
多重继承（无虚函数覆盖）
下面，再让我们来看看多重继承中的情况，假设有下面这样一个类的继承关系。注意：子类并没有覆盖父类的函数。
对于子类实例中的虚函数表，是下面这个样子：
我们可以看到：
1）每个父类都有自己的虚表。
2）子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。（所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的）
这样做就是为了解决不同的父类类型的指针指向同一个子类实例，而能够调用到实际的函数。
验证：
// vtable.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
using namespace std;
class Base {
public:
virtualvoid f() { cout << "Base::f" << endl; }
virtualvoid g() { cout << "Base::g" << endl; }
virtualvoid h() { cout << "Base::h" << endl; }
};
class Base1 {
public:
virtualvoid f() { cout << "Base1::f" << endl; }
virtualvoid g() { cout << "Base1::g" << endl; }
virtualvoid h() { cout << "Base1::h" << endl; }
};
class Base2 {
public:
virtualvoid f() { cout << "Base2::f" << endl; }
virtualvoid g() { cout << "Base2::g" << endl; }
virtualvoid h() { cout << "Base2::h" << endl; }
};
class Derived: public Base,publicBase1,public Base2
{
public:
virtualvoid f1() { cout << "Derived::f" << endl; }
virtualvoid g1() { cout << "Derived::g1" << endl; }
virtualvoid h1() { cout << "Derived::h1" << endl; }
};
typedef void(*Fun)(void);
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
Derivedd;
Base*ptr=&d;
FunpFun=NULL;
cout<<"子类自己第一个虚函数地址:"<<(int*)((int*)*(int*)(&d)+0)<<endl;
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&d)+0);
pFun();
cout<<"子类自己第四个虚函数地址:"<<(int*)((int*)*(int*)(&d)+3)<<endl;
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&d)+3);
pFun();
system("pause");
return0;
}
多重继承（有虚函数覆盖）
下面我们再来看看，如果发生虚函数覆盖的情况。
下图中，我们在子类中覆盖了父类的f()函数。
下面是对于子类实例中的虚函数表的图：
我们可以看见，三个父类虚函数表中的f()的位置被替换成了子类的函数指针。这样，我们就可以任一静态类型的父类来指向子类，并调用子类的f()了。如：
Derive d;
Base1 *b1 =&d;
Base2 *b2 =&d;
Base3 *b3 =&d;
b1->f();//Derive::f()
b2->f();//Derive::f()
b3->f();//Derive::f()
b1->g();//Base1::g()
b2->g();//Base2::g()
b3->g();//Base3::g()
验证：
// vtable.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
#include"stdafx.h"
#include<iostream>
using namespacestd;
class Base {
public:
virtual void f() { cout <<"Base::f" << endl; }
virtual void g() { cout <<"Base::g" << endl; }
virtual void h() { cout <<"Base::h" << endl; }
};
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 Derived:public Base,public Base1,public Base2
{
public:
virtual void f() { cout <<"Derived::f" << endl; }
virtual void g1() { cout <<"Derived::g1" << endl; }
virtual void h1() { cout <<"Derived::h1" << endl; }
};
typedefvoid(*Fun)(void);
int _tmain(intargc, _TCHAR* argv[])
{
Derived d;
Base *ptr=&d;
Fun pFun=NULL;
cout<<"子类自己第一个虚函数地址:"<<(int*)((int*)*(int*)(&d)+0)<<endl;
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&d)+0);
pFun();
cout<<"子类自己第四个虚函数地址:"<<(int*)((int*)*(int*)(&d)+3)<<endl;
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&d)+3);
pFun();
cout<<"第二张虚表的第一个函数地址 "<<(int*)*((int*)(&d)+1)<<endl;
pFun=(Fun)*((int*) *((int*)(&d)+1));
pFun();
cout<<"第三张虚表的第一个函数地址 "<<(int*)*((int*)(&d)+2)<<endl;
pFun=(Fun)*((int*) *((int*)(&d)+1));
pFun();
system("pause");
return 0;
}
