C++虚函数表分析
先看代码：
#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;} }; class Derive : public Base{ public: void g() {cout<<"derive::g"<<endl;} }; //可以稍后再看 int main () { cout<<"size of Base: "<<sizeof(Base)<<endl; typedef void(*Func)(void); Base b; Base *d = new Derive(); long* pvptr = (long*)d; long* vptr = (long*)*pvptr; Func f = (Func)vptr[0]; Func g = (Func)vptr[1]; Func h = (Func)vptr[2]; f(); g(); h(); return 0; }
都知道C++中的多态是用虚函数实现的： 子类覆盖父类的虚函数， 然后声明一个指向子类对象的父类指针， 如Base *b = new Derive();
当调用b->f()时， 调用的是子类的Derive::f()。
这种机制内部由虚函数表实现，下面对虚函数表结构进行分析，并且用GDB验证。
1. 基础知识：
(1) 32位os 指针长度为4字节， 64位os 指针长度为8字节， 下面的分析环境为64位 linux & g++ 4.8.4.
(2) new一个对象时， 只为类中成员变量分配空间， 对象之间共享成员函数。
2. _vptr
运行下上面的代码发现sizeof(Base) = 8, 说明编译器在类中自动添加了一个8字节的成员变量， 这个变量就是_vptr, 指向虚函数表的指针。
_vptr有些文章里说gcc是把它放在对象内存的末尾，VC是放在开始， 我编译是用的g++，验证了下是放在开始的：
验证代码：取对象a的地址与a第一个成员变量n的地址比较，如果不等，说明对象地址开始放的是_vptr. 也可以用gdb直接print a 会发现_vptr在开始
class A { public: int n; virtual void Foo(void){} }; int main() { A a; char *p1 = reinterpret_cast<char*>(&a); char *p2 = reinterpret_cast<char*>(&a.n); if(p1 == p2) { cout<<"vPtr is in the end of class instance!"<<endl; }else { cout<<"vPtr is in the head of class instance!"<<endl; } return 1; }
(3) 虚函数表
包含虚函数的类才会有虚函数表， 同属于一个类的对象共享虚函数表， 但是有各自的_vptr.
虚函数表实质是一个指针数组，里面存的是虚函数的函数指针。
Base中虚函数表结构：
Derive中虚函数表结构：
(4)验证
运行上面代码结果：
size of Base: 8
base::f
derive::g
base::h
说明Derive的虚函数表结构跟上面分析的是一致的：
d对象的首地址就是vptr指针的地址-pvptr，
取pvptr的值就是vptr-虚函数表的地址
取vptr中[0][1][2]的值就是这三个函数的地址
通过函数地址就直接可以运行三个虚函数了。
函数表中Base::g()函数指针被Derive中的Derive::g()函数指针覆盖， 所以执行的时候是调用的Derive::g()
(5)多继承
附 GDB调试： (1) #生成带有调试信息的可执行文件 g++ test.cpp -g -o test (2) #载入test gdb test (3) #列出Base类代码 (gdb) list Base 1 #include <iostream> 2 3 using namespace std; 4 5 class Base { 6 public: 7 virtual void f() {cout<<"base::f"<<endl;} 8 virtual void g() {cout<<"base::g"<<endl;} 9 virtual void h() {cout<<"base::h"<<endl;} 10 }; （4） #查看Base函数地址 (gdb) info line 7 Line 7 of "test.cpp" starts at address 0x400ac8 <Base::f()> and ends at 0x400ad4 <Base::f()+12>. (gdb) info line 8 Line 8 of "test.cpp" starts at address 0x400af2 <Base::g()> and ends at 0x400afe <Base::g()+12>. (gdb) info line 9 Line 9 of "test.cpp" starts at address 0x400b1c <Base::h()> and ends at 0x400b28 <Base::h()+12>. （5）#列出Derive代码 (gdb) list Derive 7 virtual void f() {cout<<"base::f"<<endl;} 8 virtual void g() {cout<<"base::g"<<endl;} 9 virtual void h() {cout<<"base::h"<<endl;} 10 }; 11 12 class Derive : public Base{ 13 public: 14 void g() {cout<<"derive::g"<<endl;} 15 }; （6）#查看Derive函数地址 (gdb) info line 14 Line 14 of "test.cpp" starts at address 0x400b46 <Derive::g()> and ends at 0x400b52 <Derive::g()+12>. （7）#start执行程序，n单步执行 (gdb) start Temporary breakpoint 1, main () at test.cpp:19 19 cout<<"size of Base: "<<sizeof(Base)<<endl; (gdb) n size of Base: 8 22 Base b; (gdb) 23 Base *d = new Derive(); (gdb) 25 long* pvptr = (long*)d; (gdb) 26 long* vptr = (long*)*pvptr; (gdb) 27 Func f = (Func)vptr[0]; (gdb) 28 Func g = (Func)vptr[1]; (gdb) 29 Func h = (Func)vptr[2]; (gdb) 31 f(); (gdb) （8） #print d对象， 0x400c90为成员变量_vptr的值，也就是函数表的地址 (gdb) p *d $4 = {_vptr.Base = 0x400c90 <vtable for Derive+16>} (gdb) p vptr $6 = (long *) 0x400c90 <vtable for Derive+16> （9） #查看函数表值，与之前查看函数地址一致 (gdb) p (long*)vptr[0] $9 = (long *) 0x400ac8 <Base::f()> (gdb) p (long*)vptr[1] $10 = (long *) 0x400b46 <Derive::g()> (gdb) p (long*)vptr[2] $11 = (long *) 0x400b1c <Base::h()>
另vptr. vtable内存位置， refer http://www.tuicool.com/articles/iUB3Ebi
