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C++虚成员函数表vtable

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通过前两节的介绍，想必对多态有一定的了解了，本节将介绍多态的底层实现机制。关于如何实现多态，对于程序设计人员来说即使不知道也是完全没有关系的，但是对于加深对多态的理解具有重要意义。

C++ 通过虚成员函数表 vtable 实现多态，虚函数表中存储的是类中虚函数的入口地址。普通类中是没有虚函数表的，只有在具有虚函数的类中（无论是自身添加的虚函数还是继承过来的虚函数）才会具有虚函数表。通常，虚函数表的首地址将会被存入对象的最前面（在 32 位的操作系统中，存储地址是用 4 个字节，因此这个首地址就会占用对象的前四个字节的空间）。

【例 1】 
#include<iostream>
using namespace std;

class base
{
public:
    virtual void v1(){ }
    virtual void v2(){ }
};

class derived: public base
{
public:
    virtual void v1(){ }
    virtual void v2(){ }
};

int main()
{
    base b;
    derived d;
    base *p;
    p = &b;
    p->v1();
    p->v2();
    p = &d;
    p->v1();
    p->v2();
    return 0;
}
我们将两个类定义成例 1 所示形式，两个类中各有两个虚函数 v1 和 v2，我们将其函数入口地址找到列于下表中：

虚成员函数 函数入口地址 虚成员函数 函数入口地址
base::v1 00D15834 derived::v1 00D15844
base::v2 00D15838 derived::v2 00D15848

虚函数表里存储的就是虚函数的入口地址。我们再来看主函数，函数中先定义了 base 类对象 b，因为 b 类中有虚函数，因此存在虚函数表，而虚函数表的首地址就存储在对象所在存储空间的最前，具体情况可以见下图。当然声明 derived 对象 d 之后，情况也跟下图中一样，同样在对象存储空间中包含虚成员函数表地址。


之后定义了一个基类类型的指针 p，当通过 p 调用虚函数 v1 或 v2 时，系统会先去 p 所指向的对象的前四个字节中寻找到虚函数表地址，之后在内存中找到该虚函数表，然后在表中找到对应函数的入口地址，就可以访问这个函数。

当 p 指针指向的是基类对象时，基类的虚函数表将会被访问，基类中虚函数将会被调用。当 p 指针指向的是派生类对象时，访问的是派生类的虚函数表，派生类的虚函数表中存的是派生类中的虚函数入口地址，因此调用的是派生类中的虚函数。

使用多态会降低程序运行效率，使用多态的程序会使用更多的存储空间，存储虚函数表等内容，而且在调用函数时需要去虚函数表中查询函数入口地址，这会增加程序运行时间。在设计程序时，程序设计人员可以选择性的使用多态，对于有需要的函数使用多态，对于其它的函数则不要采用多态。

通常情况下，如果一个类需要作为基类，并且期望在派生类中修改某成员函数的功能，并且在使用类对象的时候会采用指针或引用的形式访问该函数，则将该函数声明为虚函数。

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