详细解析C++虚函数表

    C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制。关于多态，简而言之就是用父类型别的指针指向其子类的实例，然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数。这种技术可以让父类的指针有“多种形态”，这是一种泛型技术。所谓泛型技术，说白了就是试图使用不变的代码来实现可变的算法。比如：模板技术，RTTI技术，虚函数技术，要么是试图做到在编译时决议，要么试图做到运行时决议。

    关于虚函数的使用方法，我在这里不做过多的阐述。大家可以看看相关的C++的书籍。在这篇文章中，我只想从虚函数的实现机制上面为大家一个清晰的剖析。

    当然，相同的文章在网上也出现过一些了，但我总感觉这些文章不是很容易阅读，大段大段的代码，没有图片，没有详细的说明，没有比较，没有举一返三。不利于学习和阅读，所以这是我想写下这篇文章的原因。也希望大家多给我提意见。

    言归正传，让我们一起进入虚函数的世界。

    虚函数表

    对C++了解的人都应该知道虚函数（Virtual Function）是通过一张虚函数表（Virtual Table）来实现的。简称为V-Table.在这个表中，主是要一个类的虚函数的地址表，这张表解决了继承、重载的问题，保证其容真实反应实际的函数。这样，在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了这个实例的内存中，所以，当我们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由为重要了，它就像一个地图一样，指明了实际所应该调用的函数。

    这里我们着重看一下这张虚函数表。在C++的标准规格说明书中说到，编译器必需要保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置（这是为了保证正确取到虚函数的偏移量）。 这意味着我们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。

    听我扯了那么多，我可以感觉出来你现在可能比以前更加晕头转向了。 没关系，下面就是实际的例子，相信聪明的你一看就明白了。

    假设我们有这样的一个类：

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

    按照上面的说法，我们可以通过Base的实例来得到虚函数表。下面是实际例程：

typedef void(*Fun)(void); Base b; Fun pFun = NULL; cout << "虚函数表地址：" << (int*)(&b) << endl; cout << "虚函数表 — 第一个函数地址：" << (int*)*(int*)(&b) << endl; // Invoke the first virtual function  pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b)); pFun();

    实际运行经果如下：（Windows XP+VS2003，  Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3）

虚函数表地址： 0012FED4虚函数表 — 第一个函数地址： 0044F148Base::f

    通过这个示例，我们可以看到，我们可以通过强行把&b转成int *，取得虚函数表的地址，然后，再次取址就可以得到第一个虚函数的地址了，也就是Base：：f（），这在上面的程序中得到了验证（把int* 强制转成了函数指针）。通过这个示例，我们就可以知道如果要调用Base：：g（）和Base：：h（），其代码如下：

Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0);   // Base::f()(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1);    // Base::g()(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2);     // Base::h()

    这个时候你应该懂了吧！什么？还是有点晕。也是，这样的代码看着太乱了。没问题，让我画个图解释一下。如下所示：

图1

    注意：在上面这个图中，我在虚函数表的最后多加了一个结点，这是虚函数表的结束结点，就像字符串的结束符“\0”一样，其标志了虚函数表的结束。这个结束标志的值在不同的编译器下是不同的。在WinXP+VS2003下，这个值是NULL.而在Ubuntu 7.10 + Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3下，这个值是如果1，表示还有下一个虚函数表，如果值是0，表示是最后一个虚函数表。

    下面，我将分别说明“无重载”和“有重载”时的虚函数表的样子。没有重载父类的虚函数是毫无意义的。我之所以要讲述没有重载的情况，主要目的是为了给一个对比。在比较之下，我们可以更加清楚地知道其内部的具体实现。