C++面试常见问题——12虚函数

虚函数

虚函数的工作原理

虚函数的实现要求对象携带额外的信息，这些信息用于确定运行时调用哪一个虚函数，这一信息具有一种被称为虚函数表指针（vptr）的指针形式。vptr指向一个被称为虚函数表（vtbl）的函数指针数组，每一个包含虚函数的类都关联到一个vtbl。当一个对象调用了一个虚函数，实际被调用的虚函数通过以下步骤确定：找到对象的vptr指向的vtbl,在vtbl中找到对应的函数指针。

虚函数的地址翻译取决于对象的内存地址，而不取决于数据类型（编译器对函数调用的合法性检查依赖于数据类型）。如果一个类包含了虚函数，类及其派生类就会生成一张虚函数表vtable，在类对象地址空间中存储一个该虚函数表的入口，这个入口时构造对象时编译器自动写入的。由于虚函数对象的内存空间包含虚函数表的入口，编译器能通过该入口调用正确的虚函数，因此这个函数的地址就不再由数据类型决定了。对于一个父类对象指针调用虚函数，如果赋父类对象的指针，就调用父类的虚函数；若赋子类对象的指针，就会调用子类的函数。

每当创建一个包含虚函数的类或者从包含虚函数的类中派生的类时，编译器会对该类生成一个虚函数表保存类中所有虚函数的地址，可以将这个虚函数表看成一个函数指针数组。在带有虚函数的类中，编译器会秘密置入一个VPTR，指向这个对象的VTABLE，当构造该派生类对象时，VPTR被初始化指向该派生类的VTABLE。可以认为VTABLE是该类所有对象共有的；而VPTR则是每个类对象独一份的，且在该类对象被构造时被初始化。

通过基类指针做虚函数调用（多态调用）时，编译器静态的插入取得VPTR，并在VTABLE中选取正确的虚函数。

每个类有一个VTABLE，并且该虚函数表对该类的所有实例共享，但类的每个实例都只有一个VPTR。

参考链接：

1. C++中虚函数工作原理和(虚)继承类的内存占用大小计算