C++中的虛函數表是什么時期建立的？

虛函數表是在什么時期建立的？

　　最近參加阿里巴巴公司的內推，面試官問了“虛函數表是在什么時期建立的？”。因為以前對虛函數表的理解不夠多，所以就根據程序構建（Build）的四個過程（預編譯、編譯、匯編和鏈接），推導出虛函數表應該是在編譯期確定的，原因如下：

　　1）預編譯器主要處理那些源代碼文件中的以“#”開始的預編譯指令，如“#include”、“#define”。很明顯這個過程可以排除。

　　2）匯編器是將編譯器生成的匯編代碼轉變成機器可以執行的指令，每一個匯編語句幾乎都對應一條機器指令。匯編過程相對於編譯期來說比較簡單，沒有復雜的語法，也沒有語義，也不需要做指令優化，只是根據匯編指令和機器指令的對照表一一翻譯就行了。所以，匯編期也是可以排除的。

　　3）鏈接器（現只考慮靜態鏈接）是將匯編器生成的目標文件（和庫）鏈接成一個可執行文件，本質上做的是重定位（Relocation）的工作，詳細可參考《程序員的自我修養》2.3、2.4節。很明顯鏈接期也是可以排除的。

　　4）編譯器要做的事情就比較多了，包括詞法分析、語法分析、語義分析及優化代碼等，是整個程序構建的核心。所以，排除了預編譯期、匯編期、鏈接期及考慮到編譯期所做的事情，虛函數表應該是在編譯期建立的。

　　

　　上邊給出的答案還是有點不夠全面，因為忽略了動態鏈接。不過，我們在《深度探索C++對象模型》的4.2節能夠找到完美答案，具體摘抄如下：

　　“表格中的virtual functions地址是如何被建構起來的？在C++中，virtual functions（可經由其class object被調用）可以在編譯時期獲知。此外，這一組地址是固定不變的，執行期不可能新增或替換之。由於程序執行時，表格的大小和內容都不會改變，所以其建構和存取皆可以由編譯器完全掌控，不需要執行期的任何介入。”

虛函數表

　　 C++中的虛函數的作用主要是實現了多態機制，即父類類別的指針（或者引用）指向其子類的實例，然后通過父類的指針（或者引用）調用實際子類的成員函數。多態機制可以簡單地概括為“一個接口，多種方法”。

　　虛函數是通過一張虛函數表（Virtual Table）來實現的，簡稱為V-Table。在這個表中，主要是一個類的虛函數的地址表，這張表解決了繼承、覆蓋的問題，保證其真實反應實際的函數。這樣，在有虛函數的類的實例中這個表被分配在了這個實例的內存中，所以，當我們用父類的指針來操作一個子類的時候，這張虛函數表就顯得極為重要了，它就像一個地圖一樣，指明了實際所應該調用的函數。

　　下邊我們通過一個小程序來看看虛函數表到底是怎么樣的？

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
    virtual void fn() { cout << "In Base class" << endl; }
};
class Sub :public Base
{
public:
    virtual void fn() { cout << "In Sub class" << endl; }
};

void main()
{
    Base bc;
    Sub sc;
}

 　　對這個程序調試，截圖如下：

　　

　　由上圖可知，虛函數表_vfptr已經將父類Base和子類Sub的相同函數fn動態綁定到對應的類上，而且地址不一樣。

有關多態的值得注意的例子 

不用多態

　　先看第一個程序：

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
    void fn() { cout << "In Base class" << endl; }
};
class Sub :public Base
{
public:
    void fn() { cout << "In Sub class" << endl; }
};

void test(Base& b)
{
    b.fn();
}

void main()
{
    Base bc;
    Sub sc;
    test(bc);
    test(sc);
}

　　函數輸出如下：

　　

　　Sub對象sc在傳遞給test函數時，其另外添加的方法成員等（Sub）會被截掉，只剩Base部分，所以輸出是In Base class而不是In Sub class。

利用多態

　　具體程序如下：

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
    virtual void fn() { cout << "In Base class" << endl; }
};
class Sub :public Base
{
public:
    virtual void fn() { cout << "In Sub class" << endl; }
};

void test(Base& b)
{
    b.fn();
}

void main()
{
    Base bc;
    Sub sc;
    test(bc);
    test(sc);
}

　　程序輸出如下：

　　

　　這下程序就正確了。

 

　　其實還有另一種方法可以達成跟虛函數一樣的效果，不過這並不是一種好的做法：

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
    void fn() { cout << "In Base class" << endl; }
};
class Sub :public Base
{
public:
    void fn() { cout << "In Sub class" << endl; }
};

void main()
{
    Base bc;
    Sub sc;
    bc.fn();
    sc.fn();
}

　　具體輸出如下：

　　

參考資料

　　《深度探索C++對象模型》 

　　《程序員的自我修養》