C++ 虚函数表解析

C++ 虚函数表解析

为什么在C++机制里要有虚函数表？虚函数表的作用是什么？怎样理解虚函数表？

虚函数实现了C++的多态机制，可以在运行时动态的绑定所需函数。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。

下面重点说一下虚函数表：

对C++ 了解的人都应该知道虚函数（Virtual Function）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。

看下面的例子：

#include <iostream>
using namespace std;

class Base {
public:
	virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
	virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }
	virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }
	virtual void k(){cout << "Base::k" << endl;}
	Base(){};
private:
	int temp;
}; 

class Derive : public Base
{
public:
	virtual void f1() { cout << "Derive::f1" << endl; }
	virtual void g1() { cout << "Derive::g1" << endl; }
	virtual void h1() { cout << "Derive::h1" << endl; }
	virtual void k1(){cout << "Derive::k1" << endl;}
};

int main()
{
	typedef void(*Fun)(void);
	Base b;
	Fun pFun = 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;
	cout << "虚函数表 — 第二个函数地址：" << (int*)((*(int*)(&b))+4) << endl;
	cout << "虚函数表 — 第二个函数地址：" << (int*)((*(int*)(&b))+8) << endl;
	// Invoke the first virtual function
	pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b));
	pFun(); 

	pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1);
	pFun = (Fun)*(int*)((*(int*)(&b))+4);
	pFun();

	pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2);
	pFun = (Fun)*(int*)((*(int*)(&b))+8);
	pFun();

	pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b)+3);
	pFun();

	Derive Temp;
	pFun = NULL;
	cout << "虚函数表地址：" << (int*)(&Temp) << endl;
	cout << "虚函数表 — 第一个函数地址：" << (int*)*(int*)(&Temp) << endl;
	cout << "虚函数表 — 第二个函数地址：" << (int*)((*(int*)(&Temp))+4) << endl;
	cout << "虚函数表 — 第二个函数地址：" << (int*)((*(int*)(&Temp))+8) << endl;
	// Invoke the first virtual function
	pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&Temp));
	pFun(); 

	pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&Temp)+1);
	pFun();

	pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&Temp)+2);
	pFun();

	pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&Temp)+3);
	pFun();

	pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&Temp)+4);
	pFun();

	pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&Temp)+5);
	pFun();

	pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&Temp)+6);
	pFun();

	pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&Temp)+7);
	pFun();

	Base *Base_b = new Derive();

	Base_b->f(); 

	return 0;
}

输出为：
虚函数表地址：0012FF50
虚函数表 — 第一个函数地址：004178EC
虚函数表 — 第二个函数地址：004178F0
虚函数表 — 第二个函数地址：004178F4
Base::f
Base::g
Base::h
Base::k
虚函数表地址：0012FF34
虚函数表 — 第一个函数地址：00417934
虚函数表 — 第二个函数地址：00417938
虚函数表 — 第二个函数地址：0041793C
Base::f
Base::g
Base::h
Base::k
Derive::f1
Derive::g1
Derive::h1
Derive::k1
Base::f

参见：
http://www.cppblog.com/xczhang/archive/2008/01/20/41508.html