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1.概述

  • 每一个含有虚函数(无论是其本身就含有的，还是从基类继承过来的)的类都至少有一个与之对应的虚函数表，其中存放着该类所有的虚函数对应的函数指针。如下图所示
    ：
    虚函数表.png

    其中：
    • B的虚函数表中存放着B::foo和B::bar两个函数指针
    • D的虚函数表中存放的既有继承自B的虚函数B::foo，又有重写了基类虚函数B::bar的D::bar，还有新增的虚函数D::quz。

2.虚函数表的构造过程

  • 从编译器的角度来说，B的虚函数表很好构造，D的虚函数表构造过程相对复杂，下面给出了构造D的虚函数表的一种方式，该过程是由编译器完成的，即虚函数替换过程发生在编译时：


    D的虚函数表构造过程.png

3.虚函数的调用过程

  • 以下面的程序为例：


    虚函数的调用过程.png
  • 编译器只知道pb是B*类型的指针，并不知道它指向的具体对象类型，pb可能指向的是B的对象，也有可能指向的是D的对象。但对于pb->bar()，编译时能确定的是：此处->的另一个参数是B::bar(因为pb是B*类型的，编译器认为bar是B::bar)，而B::bar和D::bar在各自虚函数表中的偏移位置是相等的。无论pb指向哪种类型的对象，只要能够确定被调函数在虚函数表的偏移值，等到运行时能够确定具体类型，并能找到相应的vptr，这样就能找出真正应该调用的函数。由于虚函数指针中的ptr部分为虚函数表中的偏移值(以字节为单位)+1，所以B::bar是一个虚函数指针，它的ptr部分内容是9，它在B的虚函数表中的偏移值为8。当程序执行到pb->bar()时，已经能够判断pb指向的具体类型了：
    • a.如果pb指向B的对象，可以获取到B对象的vptr，加上偏移值8(char(*)vptr + 8)，可以找到B::bar
    • b.如果pb指向的是D的对象，可以获取D的对象vptr，加上偏移值8(char(*)vptr + 8)，可以找到D::bar

3.多重继承

  • 当一个类继承多个类，且多个基类都有虚函数时，子类对象中将包含多个虚函数表中的指针(即多个vptr)，如下所示：


    多重继承.png

  • 其中：D的自身虚函数与B基类共用了同一个虚函数表，因此称B为D的主基类。虚函数替换过程与前面描述类似，只是多了一个虚函数表，多了一次拷贝和替换的过程。虚函数的调用过程，与前面基本类似，区别在于基类指针指向的位置可能不是派生类对象的起始位置，如下面的程序所示：


    多重继承的函数调用.png

4.博客原文