c++虚函数表

C++中的虚函数(Virtual Function)的实现通过一张虚函数表来实现的，简称为V-Table。在这个表中，主要是一个类的虚函数的地址表，这张表解决了继承、覆盖的问题，保证其真实反应实际的函数。这样，在有虚函数的类的实例中分配了指向这个表的指针的内存，所以，当用父类的指针来操作一个子类的时候，这张虚函数表就显得尤为重要了，它就像一个地图一样，指明了实际所应该调用的函数。

编译器应该是保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置（这是为了保证取到虚函数表的有最高的性能——如果有多层继承或是多重继承的情况下）。这意味着可以通过对象实例的地址得到这张虚函数表，然后就可以遍历其中函数指针，并调用相应的函数。

下面讨论虚函数表的各种情况，我用的是VS 2013，因此都是在VS 2013编译器下讨论各种情况的：

一、单继承（无虚函数覆盖）

1、例子

#include<iostream>
using namespace std;

class Base {
public:
	virtual void f() { cout << "Base::f()" << endl; }
	virtual void g() { cout << "Base::g()" << endl; }
	virtual void h() { cout << "Base::h()" << endl; }
private:
	virtual void i() { cout << "Base::i()" << endl; }
};
class Derive:public Base{
public:
	virtual void f1(){ cout << "Derive::f1()" << endl; }
	virtual void g1(){ cout << "Derive::g1()" << endl; }
	virtual void h1(){ cout << "Derive::h1()" << endl; }
};

int main(){
    typedef void(*pFun)(); //定义一个函数指针，参数列表空，返回值void
	Base base;
	int** pVtab = (int**)&base;
	for (int i = 0; pVtab[0][i] != NULL; ++i){
		cout << "虚函数表存放第"<<i+1<<"个函数地址的地址：" << pVtab[0]+i << endl; //pVtab[0]+i等同于(int*)*(int*)(&base) + i，参考文章那边有错误 
		cout << "虚函数表第" << i + 1 << "个函数地址：" << (int*)pVtab[0][i] << endl;//(int*)pVtab[0][i]等同于(int*)*((int*)*(int*)(&base) + 1)
		((pFun)pVtab[0][i])();
	}
	cout << "------------------------------------------------------------------" << endl;
	Derive derive;
	pVtab = (int**)&derive;
	for (int i = 0; pVtab[0][i] != NULL; ++i){
		cout << "虚函数表存放第" << i + 1 << "个函数地址的地址：" << pVtab[0] + i << endl; //pVtab[0]+i等同于(int*)*(int*)(&derive) + i
		cout << "虚函数表第" << i + 1 << "个函数地址：" << (int*)pVtab[0][i] << endl; //(int*)pVtab[0][i]等同于(int*)*((int*)*(int*)(&derive) + 1)
		((pFun)pVtab[0][i])();
	}

	system("pause");
	return 0; 
}

2、运行结果：

3、类继承关系

4、基类虚表指针及虚表布局：

5、继承类虚表指针及虚表布局：

6、说明

1）VS 2013中虚表指针放在对象的起始位置。

2）在同一个访问区段中虚函数按照其声明顺序放于表中，但各个访问区段的先后顺序并不一定。

3）父类的虚函数在子类的虚函数前面。

4）基类的虚函数i()是private的，但用虚表指针能访问到。

二、单继承（有虚函数覆盖）

1、例子

#include<iostream>
using namespace std;

class Base {
public:
	virtual void f() { cout << "Base::f()" << endl; }
	virtual void g() { cout << "Base::g()" << endl; }
	virtual void h() { cout << "Base::h()" << endl; }
};
class Derive :public Base{
public:
	virtual void f(){ cout << "Derive::f()" << endl; }
	virtual void g1(){ cout << "Derive::g1()" << endl; }
	virtual void h1(){ cout << "Derive::h1()" << endl; }
};

int main(){
	typedef void(*pFun)(); //定义一个函数指针，参数列表空，返回值void
	Base base;
	int** pVtab = (int**)&base;
	for (int i = 0; pVtab[0][i] != NULL; ++i){
		cout << "虚函数表存放第" << i + 1 << "个函数地址的地址：" << pVtab[0] + i << endl; //pVtab[0]+i等同于(int*)*(int*)(&base) + i，参考文章那边有错误 
		cout << "虚函数表第" << i + 1 << "个函数地址：" << (int*)pVtab[0][i] << endl;//(int*)pVtab[0][i]等同于(int*)*((int*)*(int*)(&base) + 1)
		((pFun)pVtab[0][i])();
	}
	cout << "------------------------------------------------------------------" << endl;
	Derive derive;
	pVtab = (int**)&derive;
	for (int i = 0; pVtab[0][i] != NULL; ++i){
		cout << "虚函数表存放第" << i + 1 << "个函数地址的地址：" << pVtab[0] + i << endl; //pVtab[0]+i等同于(int*)*(int*)(&derive) + i
		cout << "虚函数表第" << i + 1 << "个函数地址：" << (int*)pVtab[0][i] << endl; //(int*)pVtab[0][i]等同于(int*)*((int*)*(int*)(&derive) + 1)
		((pFun)pVtab[0][i])();
	}

	system("pause");
	return 0;
}

2、运行结果：

3、类继承关系：

4、基类虚表指针及虚表布局：

5、继承类虚表指针及虚表布局：

6、说明

1）继承类覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。

三、多继承（无虚函数覆盖）

1、例子

#include<iostream>
using namespace std;

class Base1 {
public:
	virtual void f() { cout << "Base1::f()" << endl; }
	virtual void g() { cout << "Base1::g()" << endl; }
	virtual void h() { cout << "Base1::h()" << endl; }
};
class Base2 {
public:
	virtual void f() { cout << "Base2::f()" << endl; }
	virtual void g() { cout << "Base2::g()" << endl; }
	virtual void h() { cout << "Base2::h()" << endl; }
};
class Base3 {
public:
	virtual void f() { cout << "Base3::f()" << endl; }
	virtual void g() { cout << "Base3::g()" << endl; }
	virtual void h() { cout << "Base3::h()" << endl; }
};
class Derive :public Base1,public Base2,public Base3{
public:
	virtual void f1(){ cout << "Derive::f1()" << endl; }
	virtual void g1(){ cout << "Derive::g1()" << endl; }
	virtual void h1(){ cout << "Derive::h1()" << endl; }
};

int main(){
	typedef void(*pFun)(); //定义一个函数指针，参数列表空，返回值void
	
	Derive derive;
	int** pVtab = (int**)&derive;
	for (int s = 0; s < 3; ++s){
		for (int i = 0; pVtab[s][i] != NULL; ++i){
			cout << "第" << s + 1 << "个虚函数表存放第" << i + 1 << "个函数地址的地址：" << pVtab[s] + i << endl; //pVtab[s]+i等同于 (int*)*((int*)(&derive) + s) + i
			cout << "第" << s + 1 << "个虚函数表存放第" << i + 1 << "个函数地址：" << (int*)pVtab[s][i] << endl; //(int*)pVtab[s][i]等同于(int*)*((int*)*((int*)(&derive) + s) + i)
			((pFun)pVtab[s][i])();
		}
		cout << "------------------------------------------------------------------" << endl;
	}
	
	system("pause");
	return 0;
}

2、运行结果：

3、类继承关系：

4、继承类虚表指针及虚表布局：

5、说明

1）每个父类都有自己的虚表。

2）子类的虚拟成员函数指针被放到了第一个父类的表中（第一个父类是按照声明顺序来判断的）。

四、多继承（有虚函数覆盖）

1、例子：

#include<iostream>
using namespace std;

class Base1 {
public:
	virtual void f() { cout << "Base1::f()" << endl; }
	virtual void g() { cout << "Base1::g()" << endl; }
	virtual void h() { cout << "Base1::h()" << endl; }
};
class Base2 {
public:
	virtual void f() { cout << "Base2::f()" << endl; }
	virtual void g2() { cout << "Base2::g2()" << endl; }
	virtual void h() { cout << "Base2::h()" << endl; }
};
class Base3 {
public:
	virtual void f() { cout << "Base3::f()" << endl; }
	virtual void g() { cout << "Base3::g()" << endl; }
	virtual void h() { cout << "Base3::h()" << endl; }
};
class Derive :public Base1, public Base2, public Base3{
public:
	virtual void f(){ cout << "Derive::f()" << endl; }
	virtual void g2(){ cout << "Derive::g2()" << endl; }
	virtual void h1(){ cout << "Derive::h1()" << endl; }
};

int main(){
	typedef void(*pFun)(); //定义一个函数指针，参数列表空，返回值void

	Derive derive;
	int** pVtab = (int**)&derive;
	for (int s = 0; s < 3; ++s){
		for (int i = 0; pVtab[s][i] != NULL; ++i){
			cout << "第" << s + 1 << "个虚函数表存放第" << i + 1 << "个函数地址的地址：" << pVtab[s] + i << endl; //pVtab[s]+i等同于 (int*)*((int*)(&derive) + s) + i
			cout << "第" << s + 1 << "个虚函数表存放第" << i + 1 << "个函数地址：" << (int*)pVtab[s][i] << endl; //(int*)pVtab[s][i]等同于(int*)*((int*)*((int*)(&derive) + s) + i)
			((pFun)pVtab[s][i])();
		}
		cout << "------------------------------------------------------------------" << endl;
	}

	Base1* base1 = &derive; 
	base1->f();//Derive::f()

	Base2* base2 = &derive;
	base2->g2();//derive::g2()

	Base3* base3 = &derive;
	base3->h();//Base3::h()

	system("pause");
	return 0;
}

2、运行结果：

3、类继承关系：

4、继承类虚表指针及虚表布局：

5、说明

1）三个父类虚函数表中的f()的位置被替换成了子类的函数指针。

2）Base2中的虚函数g2()的位置被替换成了子类的函数指针

参考：http://blog.csdn.net/haoel/article/details/1948051