虚函数表全解

概述

为了实现C++的多态，C++使用了一种动态绑定的技术。这个技术的核心是虚函数表（下文简称虚表）。

类的虚表

每个包含了虚函数的类都包含一个虚表。
我们知道，当一个类（A）继承另一个类（B）时，类A会继承类B的函数的调用权。所以如果一个基类包含了虚函数，那么其继承类也可调用这些虚函数，换句话说，一个类继承了包含虚函数的基类，那么这个类也拥有自己的虚表。

我们来看以下的代码。类A包含虚函数vfunc1，vfunc2，由于类A包含虚函数，故类A拥有一个虚表。

class A 
{
    public:
        virtual void vfunc1();
        virtual void vfunc2();
        void func1();
        void func2();
    private:
        int m_data1, m_data2;
};

虚表是一个指针数组，其元素是虚函数的指针，每个元素对应一个虚函数的函数指针。需要指出的是，普通的函数即非虚函数，其调用并不需要经过虚表，所以虚表的元素并不包括普通函数的函数指针。
虚表内的条目，即虚函数指针的赋值发生在编译器的编译阶段，也就是说在代码的编译阶段，虚表就可以构造出来了。

虚表指针

虚表是属于类的，而不是属于某个具体的对象，一个类只需要一个虚表即可。

同一个类的所有对象都使用同一个虚表。

为了指定对象的虚表，对象内部包含一个虚表的指针，来指向自己所使用的虚表。为了让每个包含虚表的类的对象都拥有一个虚表指针，编译器在类中添加了一个指针，*__vptr，用来指向虚表。这样，当类的对象在创建时便拥有了这个指针，且这个指针的值会自动被设置为指向类的虚表。

一个继承类的基类如果包含虚函数，那个这个继承类也有拥有自己的虚表，故这个继承类的对象也包含一个虚表指针，用来指向它的虚表。

动态绑定

class A {
    public:
        virtual void vfunc1();
        virtual void vfunc2();
        void func1();
        void func2();
    private:
        int m_data1, m_data2;
};

class B : public A 
{
    public:
        virtual void vfunc1();
        void func1();
    private:
        int m_data3;
};

class C: public B 
{
    public:
        virtual void vfunc2();
        void func2();
    private:
        int m_data1, m_data4;
};

父类类指针指向子类的虚函数调用

假设我们定义一个类B的对象。由于bObject是类B的一个对象，故bObject包含一个虚表指针，指向类B的虚表。

int main(){    B bObject;}

现在，我们声明一个类A的指针p来指向对象bObject。虽然p是基类的指针只能指向基类的部分，但是虚表指针亦属于基类部分，所以p可以访问到对象bObject的虚表指针。bObject的虚表指针指向类B的虚表，所以p可以访问到B vtbl。如图3所示。

int main(){    B bObject;    A *p = & bObject;}

当我们使用p来调用vfunc1()函数时，会发生什么现象？

int main(){    B bObject;    A *p = & bObject;    p->vfunc1();}

程序在执行p->vfunc1()时，会发现p是个指针，且调用的函数是虚函数，接下来便会进行以下的步骤。
首先，根据虚表指针p->__vptr来访问对象bObject对应的虚表。虽然指针p是基类A*类型，但是*__vptr也是基类的一部分，所以可以通过p->__vptr可以访问到对象对应的虚表。

然后，在虚表中查找所调用的函数对应的条目。由于虚表在编译阶段就可以构造出来了，所以可以根据所调用的函数定位到虚表中的对应条目。对于 p->vfunc1()的调用，B vtbl的第一项即是vfunc1对应的条目。
最后，根据虚表中找到的函数指针，调用函数。从图3可以看到，B vtbl的第一项指向B::vfunc1()，所以 p->vfunc1()实质会调用B::vfunc1()函数。