关于类的虚函数表

　　　　多态是面向对象的特性，通俗说，即用父类指针调用某成员函数时，针对不同对象调用的是不同的函数。从语言层面上看的统一形式的调用（相同名称的虚函数），体现出个性化的行为。 C++ 对象的多态通过虚函数表来实现的，虚函数表属于 C++ 对象模型层面的东西。

　　　　对于一个具体类型来说，它的行为是确定的，举一个简单例子，父类是几何形状，它有一个虚方法是计算自己的面积。对于具体类型例如矩形，正方形，圆形等，他的计算面积的方法是确定的。即对于同一个类型的所有实例，它们的虚函数表的内容相同，在编译时可以确定。

　　　　因此，如果把虚函数表的全部内容附着在对象实例上，这样的对象模型显然是浪费内存的。因此，在对象实例起始处，放的是一个指针，指向其虚函数表，因此每个对象的虚函数表在实例中仅占一个指针（4 bytes）空间。如果一个类型有多个实例，它们指向的是同一份虚函数表（典型情况是位于进程空间的 .rdata section）。虚函数表指针的初始化由编译器生成的各种构造函数负责。如果一个函数不包含虚函数，则对象实例中不包含虚函数表指针。

　　　　虚函数表可以认为是由函数指针组成的数组，数组元素由该类型的所有虚函数的地址组成，用 NULL 表示结尾（取决于编译器对模型的实现）。如果该类型实现了自己的虚函数，它将覆盖从父类继承下来的元素。

　　　　编译器知道表中每个元素对应是那个虚函数，因此调用时取出元素，通过 call 指令实现调用。观察 VC6 debug 版本的汇编代码，虚函数表的内容被编译到只读的 section（和其他常量字符串一起），每个元素代表的是函数的地址（这些元素是代码段起始部的一组 jump 语句的地址，类似中断向量表，用于跳到真正的函数体）。由于虚函数表位于只读 section 中，所以其元素（函数指针）是不能直接改写的。

 

　　　　下面的代码演示，交换两个实例的虚函数表，从而这两个对象的行为表现将被“交换”。

#include <stdio.h>

class ClassA
{
public:
    int a;

    ClassA()
    {
        printf("constructor(void).\n");
    }

    ClassA(ClassA& t)
    {
        a = t.a;
        printf("copy constructor.\n");
    }

    ClassA& operator =(ClassA& t)
    {
        a = t.a;
        printf("asignment operator.\n");
        return *this;
    }

    virtual void say()
    {
        printf("ClassA::say();\n");
    }

    virtual void say2()
    {
        printf("hello world2.\n");
    }
};

class ChildClassB : public ClassA
{
public:
    virtual void say()
    {
        printf("B::say();\n");
    }
};

class ChildClassC : public ClassA
{
public:
    virtual void say()
    {
        printf("C::say();\n");
    }
};


int main(int argc, char* argv[])
{
    ClassA *p1 = new ChildClassB();
    ClassA *p2 = new ChildClassC();

    p1->say();
    p2->say();

    unsigned int *p3 = (unsigned int*)p1;
    unsigned int *p4 = (unsigned int*)p2;

    printf("p1's vt: %08X\n", *p3);
    printf("p2's vt: %08X\n", *p4);

    //交换两个对象的虚函数表地址
    unsigned int tmp = *p3;
    *p3 = *p4;
    *p4 = tmp;

    p1->say();
    p2->say();


    delete p1;
    delete p2;
    return 0;
}

 

　　　　下图是根据 VC6 Debug 版本的代码给出的是 ChildClassB 的对象模型（从《Inside The C++ Object Model》图1.3 修改而来）：

　　　　

 

　　　　从实现机制来看，调用虚函数需要经过运行时的寻址，因此效率不如可以在编译时解析完成的非虚函数。如果不使用多态，即不使用虚函数，仅仅使用 class 进行数据封装和继承的程序风格，则称为“基于对象”（object-based）。