虛函數表-C++多態的實現原理

目錄

• 1、說明
• 2、虛函數表
• 3、代碼示例

參考：http://c.biancheng.net/view/267.html

1、說明

我們都知道多態指的是父類的指針在運行中指向子類，那么它的實現原理是什么呢？答案是虛函數表

在 關於virtual 一文中，我們詳細了解了C++多態的使用方式，我們知道沒有 virtual 關鍵子就沒法使用多態

2、虛函數表

我們看一下下面的代碼

class A
{
public:
    int i;
    virtual void func() { cout << "A func" << endl; }
    virtual void func2() { cout << "A func2" << endl; }
    void func3() { cout << "A func3" << endl; }
};
class B : public A
{
    int j;
    void func() { cout << "B func" << endl; }
    void func3() { cout << "B func3" << endl; }
};
int main()
{
    cout << sizeof(A) << ", " << sizeof(B);  //輸出 8,12
    return 0;
}

在32位編譯模式下，程序的運行結果是：8,12

但是如果把代碼中的 virtual 刪掉，則程序的運行結果為：4,8

可以發現，有了虛函數之后，類所占的存儲空間比沒有虛函數多了4個字節，這個4個字節就是實現多態的關鍵 -- 位於對象存儲空間的最前端的指針，存放的是 虛函數表的地址，這個是由編譯器實現的

每個帶有虛函數的類（包括其子類）都有虛函數表

虛函數表中存放着虛函數的地址，注意是虛函數的地址，非虛函數不在此列

虛函數表是編譯器實現的，程序運行時被載入內存，一個類的虛函數表中列出了該類的全部虛函數地址。

例如，上面代碼中，類A的對象的存儲空間以及虛函數表如圖所示：

類B的對象的存儲空間以及虛函數表，如下圖所示：

多態的函數調用語句被編譯成根據基類指針所指向的對象中存放的虛函數表的地址，在虛函數表中查找虛函數地址，並調用虛函數的一系列指令

3、代碼示例

在上面代碼的基礎上

A* p = new B();
p->func();	//B func
p->func3();	//A func3
p->func2();	//A func

第二行代碼執行如下：

1. 取出 p 指針所指向的位置的前4個字節，即對象所屬的類（類B）的虛函數表的地址（64位編譯模式下是8個字節）；
2. 根據虛函數表的地址找到虛函數表，並在虛函數表中查找要調用的虛函數地址；
3. 調用虛函數；

到此，我們應該不難理解，上面第二行和第三行代碼執行的分別是類A和類B的方法

執行 p->func(); 找的是類B虛函數表中 func() 地址，因為類B重寫了，所以保存的是類B的func()地址

而執行 p->func3(); 的時候，發現 func3() 不是虛函數，所以並沒有找虛函數列表，而是直接調用的p（類A類型）的方法

同樣的，執行 p->func2(); 的時候，找的也是類B的虛函數表，因為類B沒有重寫 func2，所以存的是類A的虛函數 func2() 的地址，所以執行了類A的 func2() 方法