对于C++对象模型，相信很多程序员都耳熟能详。 本文试图通过一个简单的例子演示一些C++基本概念在编译器中的实现，以期达到眼见为实的效果。
1、对象空间和虚函数
1.1 对象空间
在我们为对象分配一块空间时，例如：
CChild1 *pChild = new CChild1();
这块空间里放着什么东西？
在CChild1没有虚函数时，CChild1对象空间里依次放着其基类的非静态成员和其自身的非静态成员。没有任何非静态成员的对象，会有一个字节的占位符。
如果CChild1有虚函数，VC6编译器会在对象空间的最前面加一个指针，这就是虚函数表指针（Vptr：Virtual function table pointer）。我们来看这么一段代码：
class CMember1 {
public:
CMember1(){a=0x5678;printf("构造 CMember1\n");}
~CMember1(){printf("析构 CMember1\n");}
int a;
};
class CParent1 {
public:
CParent1(){parent_data=0x1234;printf("构造 CParent1\n");}
virtual ~CParent1(){printf("析构 CParent1\n");}
virtual void test(){printf("调用CParent1::test()\n\n");}
void real(){printf("调用CParent1::test()\n\n");}
int parent_data;
};
class CChild1 : public CParent1 {
public:
CChild1(){printf("构造 CChild1\n");}
virtual ~CChild1(){printf("析构 CChild1\n");}
virtual void test(){printf("调用CChild1::test()\n\n");}
void real(){printf("调用CChild1::test()\n\n");}
CMember1 member;
static int b;
};
CChild1对象的大小是多少？以下是演示程序的打印输出：
---->派生类对象
对象地址 0x00370FE0
对象大小 12
对象内容
00370FE0: 00410104 00001234 00005678
vptr内容
00410104: 004016a0 00401640 00401f70
CChild1对象的大小是12个字节，包括：Vptr、基类成员变量parent_data、派生类成员变量member。Vptr指向的虚函数表(VTable)就是虚函数地址组成的数组。
1.2 Vptr和VTable
如果我们用VC自带的dumpbin反汇编Debug版的输出程序：
dumpbin /disasm test_vc6.exe>a.txt
可以在a.txt中找到：
?test@CChild1@@UAEXXZ:
00401640: 55 push ebp...
??_ECChild1@@UAEPAXI@Z:
004016A0: 55 push ebp
可见VTable中的两个地址分别指向CChild1的析构函数和CChild1的成员函数test。这两个函数是CChild1的虚函数。如果打印两个CChild1对象的内容，可以发现它们Vptr是相同的，即每个有虚函数的类有一个VTable，这个类的所有对象的Vptr都指向这个VTable。
这里的函数名是不是有点奇怪，附录二简略介绍了C++的Name Mangling。
1.3 静态成员变量
在C++中，类的静态变量相当于增加了访问控制的全局变量，不占用对象空间。它们的地址在编译链接时就确定了。例如：如果我们在项目的Link设置中选择“Generate mapfile”，build后，就可以在生成的map文件中看到：
0003:00002e18 ?b@CChild1@@2HA 00414e18 test1.obj
从打印输出，我们可以看到CChild1::b的地址正是0x00414E18。其实类定义中的对变量b的声明仅是声明而已，如果我们没有在类定义外 （全局域） 定义这个变量，这个变量根本就不存在。
1.4 调用虚函数
通过在VC调试环境中设置断点，并切换到汇编显示模式，我们可以看到调用虚函数的汇编代码：
16: pChild->test();
(1) mov edx,dWord ptr [pChild]
(2) mov eax,dword ptr [edx]
(3) mov esi,esp
(4) mov ecx,dword ptr [pChild]
(5) call dword ptr [eax+4]
语句(1)将对象地址放到寄存器edx，语句(2)将对象地址处的Vptr装入寄存器eax，语句(5)跳转到Vptr指向的VTable第二项的地址，即成员函数test。
语句(4)将对象地址放到寄存器ecx，这就是传入非静态成员函数的隐含this指针。非静态成员函数通过this指针访问非静态成员变量。
1.5 虚函数和非虚函数
在演示程序中，我们打印了成员函数地址：
printf("CParent1::test地址 0x%08p\n", &CParent1::test);
printf("CChild1::test地址 0x%08p\n", &CChild1::test);
printf("CParent1::real地址 0x%08p\n", &CParent1::real);
printf("CChild1::real地址 0x%08p\n", &CChild1::real);
得到以下输出：
CParent1::test地址 0x004018F0
CChild1::test地址 0x004018F0
CParent1::real地址 0x00401460
CChild1::real地址 0x00401670
两个非虚函数的地址很容易理解，在dumpbin的输出中可以找到它们：
?real@CParent1@@QAEXXZ: 00401460: 55 push ebp...
?real@CChild1@@QAEXXZ: 00401670: 55 push ebp
为什么两个虚函数的“地址”是一样的？其实这里打印的是一段thunk代码的地址。通过查看dumpbin的输出，我们可以看到：
_9@$B3AE:
(6) mov eax,dword ptr [ecx]
(7) jmp dword ptr [eax+4]
如果我们在跳转到这段代码前将对象地址放到寄存器ecx，语句(6)就会将对象地址处的Vptr装入寄存器eax，语句(7)跳转到Vptr指向的VTable第二项的地址，即成员函数test。基类和派生类VTable的虚函数排列顺序是相同的，所以可以共用一段thunk代码。
这段thunk代码的用途是通过函数指针调用虚函数。如果我们不取函数地址，编译器就不会产生这段代码。请注意不要将本节的thunk代码与VTable中虚函数地址混淆起来。Thunk代码根据传入的对象指针决定调用哪个函数，VTable中的虚函数地址才是真正的函数地址。
1.6 指向虚函数的指针
我们试验一下通过指针调用虚函数。非静态成员函数指针必须通过对象指针调用：
typedef void (Parent::*PMem)();
printf("\n---->通过函数指针调用\n");
PMem pm = &Parent::test;
printf("函数指针 0x%08p\n", pm);
(pParent->*pm)();
得到以下输出：
---->通过函数指针调用
函数指针 0x004018F0
调用CChild1::test()
我们从VC调试环境中复制出这段汇编代码：
13: (pParent->*pm)();
(8) mov esi,esp
(9) mov ecx,dword ptr [pParent]
(10) call dword ptr [pm]
语句(9)将对象指针放到寄存器ecx中，语句(10)调用函数指针指向的thunk代码，就是1.5节的语句(6)。下面会发生什么，前面已经说过了。
1.7 多态的实现
经过前面的分析，多态的实现应该是显而易见的。当用指向派生类对象的基类指针调用虚函数时，因为派生类对象的Vptr指向派生类的VTable，所以调用的当然是派生类的函数。
通过函数指针调用虚函数同样要经过VTable确定虚函数地址，所以同样会发生多态，即调用当前对象VTable中的虚函数。