C++多态性：虚函数的调用原理

多态性给我们带来了好处：多态使得我们可以通过基类的引用或指针来指明一个对象（包含其派生类的对象），当调用函数时可以自动判断调用的是哪个对象的函数。

一个函数说明为虚函数，表明在继承的类中重载这个函数时，当调用这个函数时应当查看以确定调用哪个对象的这个函数。

普通函数的处理：一个特定的函数都会映射到特定的代码，无论时编译阶段还是连接阶段，编译器都能计算出这个函数的地址，调用即可。

虚函数的处理：被调用的函数不仅依据调用的特定函数，还依据调用的对象的种类。通常是由虚函数表（vtable）来实现的。

虚函数表的结构：它是一个函数指针表，每一个表项都指向一个函数。任何一个包含至少一个虚函数的类都会有这样一张表。需要注意的是vtable只包含虚函数的指针，没有函数体。实现上是一个函数指针的数组。虚函数表既有继承性又有多态性。每个派生类的vtable继承了它各个基类的vtable，如果基类vtable中包含某一项，则其派生类的vtable中也将包含同样的一项，但是两项的值可能不同。如果派生类重载(override)了该项对应的虚函数，则派生类vtable的该项指向重载后的虚函数，没有重载的话，则沿用基类的值。

每一个类只有唯一的一个vtable，不是每个对象都有一个vtable，恰恰是每个同一个类的对象都有一个指针，这个指针指向该类的vtable（当然，前提是这个类包含虚函数）。那么，每个对象只额外增加了一个指针的大小，一般说来是4字节。

在类对象的内存布局中，首先是该类的vtable指针，然后才是对象数据。

在通过对象指针调用一个虚函数时，编译器生成的代码将先获取对象类的vtable指针，然后调用vtable中对应的项。对于通过对象指针调用的情况，在编译期间无法确定指针指向的是基类对象还是派生类对象，或者是哪个派生类的对象(见代码中的函数f在编译期间是无法判断的)。但是在运行期间执行到调用语句时，这一点已经确定，编译后的调用代码能够根据具体对象获取正确的vtable，调用正确的虚函数，从而实现多态性。

给出实例代码：

class A {

public :

virtual void run (){......}

}

class B :public A{

public:

void run(){......}

}

int f (A *pA){

pA->run();

}

分析一下这里的思想所在，问题的实质是这样，对于发出虚函数调用的这个对象指针，在编译期间缺乏更多的信息，而在运行期间具备足够的信息，但那时已不再进行绑定了而是直接执行好了，怎么在二者之间作一个过渡呢？把绑定所需的信息用一种通用的数据结构记录下来，该数据结构可以同对象指针相联系，在编译时只需要使用这个数据结构进行抽象的绑定，而在运行期间将会得到真正的绑定。这个数据结构就是vtable，也就是编译期间建立vtable表，执行期间查表执行。可以看到，实现用户所需的抽象和多态需要进行后绑定，而编译器又是通过抽象和多态而实现后绑定的。

下面是通过基类的指针来调用虚函数时，所发生的一切：

step 1:开始执行调用 pA->run();（这里能判断到底是哪个对象）

step 2:取得对象的vtable的指针

step 3:从vtable那里获得函数入口的偏移量，即得到要调用的函数的指针

step 4:根据vtable的地址找到函数，并调用函数。

step 1和step 4对于一般函数是一样的，虚函数只是多了step 2和step 3。

解惑：

1基类和派生类是共用一表,还是各有各的表(物理上)
答：基类和派生类是各有各的表,也就是说他们的物理地址是分开的,基类和派生类的虚表的唯一关联是:当派生类没有实现基类虚函数的重载时,派生类会直接把自己表的该函数地址值写为基类的该函数地址值.

 

转载自http://www.cppblog.com/ElliottZC/archive/2007/07/20/28416.html