(转)C++中的虚函数表
假设我们有这样的一个类：
class Base {
public:
virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }
virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }
};
按照上面的说法，我们可以通过Base的实例来得到虚函数表。下面是实际例程：
typedef void(*Fun)(void);
Base b;
Fun pFun = NULL;
cout << "虚函数表地址：" <<(int*)*(int*)(&b) << endl;
cout << "虚函数表 — 第一个函数地址：" << (int*)*(int*)(&b) << endl;
// Invoke the first virtual function
pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b));
pFun();
实际运行经果如下：(Windows XP+VS2003, Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3)
虚函数表地址：0012FED4
虚函数表 — 第一个函数地址：0044F148
Base::f
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。
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，子类没有重载任何父类的函数。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。
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 = new Derive();
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。
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。
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()
#include <IOSTREAM.H>
//基类
class CBase
{
int x;
public:
CBase(int n) {x=n;}
~CBase(){}
virtual void SetX(int n) {x=n;}
virtual int GetX() {return x;}
};
//派生类
class CDerive : public CBase
{
int x;
public:
CDerive(int n1,int n2):CBase(n1)
{
x=n2;
}
~CDerive() {}
void SetX(int n) {x=n;}
int GetX() {return x;}
};
//子派生类
class CSubDerive : public CDerive
{
int x;
public:
CSubDerive(int n1,int n2,int n3):CDerive(n1,n2)
{
x=n3;
}
~CSubDerive() {}
void SetX(int n) {x=n;}
int GetX() {return x;}
};
void main()
{
cout<<"CBase size = "<<sizeof(CBase)<<endl;
cout<<"CDerive size = "<<sizeof(CDerive)<<endl;
cout<<"CSubDerive size = "<<sizeof(CSubDerive)<<endl;
CBase obj1(1);
CDerive obj2(2,3);
CSubDerive obj3(4,5,6);
CBase *pObj1=&obj1;
CDerive *pObj2=&obj2;
CSubDerive *pObj3=&obj3;
CBase *pObj[]={pObj1,pObj2,pObj3};
}
------------------------------------------------------------
大家都知道C++中的虚函数的实现一般是通过虚函数表(C++规范并没有规定具体用哪种方法，但大部分的编译器厂商都选择此方法)，下面通过虚函数表来看看C++中虚函数的实现
class A
{
public:
int ai;
virtual void func(){cout<<"A-func"<<endl;}
};
class AA:public A
{
public:
void func(){cout<<"AA-func"<<endl;}
};
int main( )
{
AA *paa = new AA;
A *pa = new A;
}
可以看到paa指向的AA对象中，其子对象A的虚函数表(vftb)地址为0x0047e69c，正好是AA对象的首32位
倘若将类定义改成:
class A
{
public:
int ai;
virtual void func(){cout<<"A-func"<<endl;}
};
class AA:public A
{
public:
//void func(){cout<<"AA-func"<<endl;} 去掉AA中这个虚函数的override.
};
那么可以看到paa中的虚函数表中的第一个项(即从A继承而来的func)，和pa中虚函数表的第一个项(A中的func)，都指向同一个地方(0x004010f5)，可以得出这样一个结论：当派生类没有覆盖(override)基类中的虚函数时，那么这个虚函数就会指向基类的虚函数实现。在C#中也有类似的概念，C#中的override关键字即表明派生类需要改写基类中虚函数项的指向。
在派生类中新增一个virtual func 虚函数
class A
{
public:
int ai;
virtual void func(){cout<<"A-func"<<endl;}
virtual void func2(){cout<<"A-func2"<<endl;}
};
class AA:public A
{
public:
void func(){cout<<"AA-func"<<endl;}
virtual void
aa_func(){cout<<"AA-aa_func"<<endl;}
};
对于这份代码，VS2005的debugger并没有正确反映出AA中aa_func的位置(从图中看到vfptr虚函数表只有2项)，但是，从图上仍然可以看出paa->aa_func占用了paa->__vfptr表中第三项位置(vfptr+8即表的第三项，每个表项的偏移为4个字节)。另外，我们再次看到如果派生类没有覆盖基类的虚函数，那么，它就和基类指向同一个函数体(两者的func2都指向了A::func2)
让我们回忆一下上一篇关于C++的类型转换的过程:
AA *paa = new AA;
这时候paa指向了AA的一个实例(instance)
A *pa = new AA;
这时候pa指向的仍然是AA的这个实例
因此，pa->func 和 paa->func都指向了AA实例中vftb的第一项，也就是AA:func()，为什么指针可以呈现出多态的原因也就不言而喻了。(对于引用也是同样的道理)
再来看看非虚函数和虚函数的汇编代码:
class A
{
public:
int ai;
virtual void func(){cout<<"A-func"<<endl;} //看看有(没有)virtual的汇编代码
};
class AA:public A
{
public:
};
非虚函数:
paa->A::func();
004010C6 mov ecx,dword ptr [paa]
004010C9 add ecx,4 //将paa对象压栈(偏移4是因为首4个字节保存的是vftb虚函数表)
004010CC call A::func (401046h)
虚函数:
paa->func();
00401230 mov edx,dword ptr [paa] //paa对象->edx
00401233 mov eax,dword ptr [edx] //vftb->eax
00401235 mov ecx,dword ptr [paa] //paa对象->ecx
00401238 mov edx,dword ptr [eax] //vftb的第一项->edx，也就是func所在的位置
0040123A call edx
经过一系列”复杂”的计算，最后edx寄存器里存放的就是func的正确地址，这也叫做late-binding(迟绑定)
最后看看虚函数导致对象的内存布局
当基类中没有虚函数的时候，自然基类也就没有虚函数表，而当基类中有虚函数的时候，编译器产生一个虚函数表，派生类就使用其基类子对象中的虚函数表.
class A
{
public:
int ai;
virtual void func2(){cout<<"A-func2"<<endl;}
};
class AA:public A
{
public:
void func(){cout<<"AA-func"<<endl;}
virtual void aa_func(){cout<<"AA-aa_func"<<endl;}
};
Vftb的第一项是A中的func2()，而第二项是AA中的aa_func
