C++ 虚函数表与多态 —— 继承的虚函数表 & 内存布局

1. 使用继承的虚函数表：

如果不涉及多重继承，每个类只有1个虚函数表，当子类继承父类后，子类可以自己改写和新增虚函数，如下图所示：

子类重写 func_1 后，子函数的 func_1 将会有新的逻辑，不会干扰到父类；

子类新增行的 func_4 方法后，父类无法访问到该方法。

如下代码：

 1 #include <iostream>
 2 using namespace std;
 3
 4 class Father
 5 {
 6 public:
 7     virtual void func_1() { cout << "Father::func_1"; }
 8     virtual void func_2() { cout << "Father::func_2"; }
 9     virtual void func_3() { cout << "Father::func_3"; }
10 public:
11     int x = 666;
12     int y = 999;
13 };
14
15 class Son : public Father
16 {
17 public:
18     void func_1() { cout << "Son::func_1   "; }                //重写了虚函数
19     virtual void func_4() { cout << "Son::func_4   "; }        //子类对象新写的虚函数 func_4
20 };
21
22 typedef void(*func_t)(void);
23
24 int main(void)
25 {
26     Father father;
27     cout << "father 对象地址：" << (int*)&father << endl;
28     int* vptr_f = (int*)*(int*)&father;                                //虚表指针
29
30     for (int i = 0; i < 3; i++)                //这里如果想循环4次往下访问，不会访问到子类的 func_4 ，会访问到非法内存
31     {
32         cout << "调用第" << i + 1 << "个虚函数：";
33         ((func_t) * (vptr_f + i))();
34         cout << "地址为:" << *(int*)(vptr_f + i) << endl;
35     }
36
37     cout << "==============================================" << endl;
38
39     Son son;
40     cout << "son 对象地址：" << (int*)&son << endl;
41     int* vptr_s = (int*)*(int*)&son;                                //虚表指针
42
43     for (int i = 0; i < 4; i++)
44     {
45         cout << "调用第" << i + 1 << "个虚函数：";
46         ((func_t) * (vptr_s + i))();
47         cout << "地址为:" << *(int*)(vptr_s + i) << endl;            //打印每个虚函数的地址
48     }
49
50     for (int i = 0; i < 2; i++)
51     {
52         cout << *(int*)((int)&son + 4 + i * 4) << endl;
53     }
54     cout << "sizof(son)==" << sizeof(son) << endl;
55 }

运行结果：

子类的虚函数表生成：

看上图可知，子类对象的 func_1() 地址与父类的 func_1() 地址便可知，重写的虚函数并不是把父类的同名函数覆盖改写，而是在新内存新写。

子类对象是先将父类虚函数表的成员地址全部复制下来，如果子类重写了父类的某个虚函数，便将被重写虚函数的指针，改为新虚函数的指针（指针替换）。

如果子类增加了新的虚函数，那么就会把这个虚函数的地址添加到虚函数表的表尾部。

注意：如果仔细观察我们可以发现，上图中按顺序走的虚函数所存放的地址不同，Father的3个func函数地址不是线性排序。

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