C++類中虛表的詳細講解

　　C++類中的虛表結構是C++對象模型中一個重要的知識點，這裡咱們就來深入分析下虛表的在內存中的結構。

　　C++一個類中有虛函數的話就會有一個虛表指針，其指向對應的虛表，一般一個類只會有一個虛表，每個虛表有多個”插槽”，每個插槽存放一個虛函數的地址。插槽中的內容可以被覆蓋，子類如果重寫了父類中的虛函數，則插槽中對應位置的數據被覆蓋。虛表存放的是虛函數地址，不管該虛函數是public還是private的。光文字說明不太形象，下面上一張虛表結構的示例圖：

　　從圖中看出，虛表指針確實是指向虛表結構的，這個虛表結構中有許多插槽，每個插槽都會指向一個虛函數。那麼如何用程序來測試呢，請接著看：

#include <iostream>
#include <cstdio>

using namespace std;

class Base {
public:
virtual void test() {
cout << "Base.text()" << endl;
}

public:
int a;
};

class Derived : public Base {
public:
virtual void test() {
cout << "Derived.test()" << endl;
}

public:
int b;
};

typedef void (*PFunc)();

int main() {
Derived derived;
PFunc ptest; // 函數指針

// 輸出derived及其成員a/b的地址
printf("derived: %p\n", &derived);
printf("derived.a: %p\n", &(derived.a));
printf("derived.b: %p\n", &(derived.b));

// 提取出test虛函數地址
int *p = (int *)*(int *)(&derived);
ptest = (PFunc)*p;
ptest();

return 0;
}

輸出結果：

　　注意，程序是在CentOS 7 64位系統下進行測試的。程序中直接提取出test虛函數地址，然後進行調用，發現調用的確實是Derived.test函數，這也說明了虛表結構的內存布局。

關於虛表幾個有意思的問題

虛表指針什麼時候賦值的？

#include <iostream>

using namespace std;

class Base
{
public:
Base() {
cout << "Base()" << endl;
show();
int *p = &b;
cout << "Base::b: " << p << endl;
p = (int *)((char *)p - 8);
cout << "Base::vptr: " << *p << endl;
// Base中虛函數地址
cout << "*Base::vptr: " << *(int *)*p << endl;
cout << endl;
}

virtual void show() {
cout << "Base::show()" << endl;
}
public:
int b;
};
class Derived : public Base
{
public:
Derived()
{
cout << "Derived()" << endl;
show();
int *p = &b;
cout << "Derived::b: " << p << endl;
p = (int *)((char *)p - 8);
cout << "Derived::vptr: " << *p << endl;
// Derived中虛函數地址
cout << "*Derived::vptr: " << *(int *)*p << endl;
cout << endl;
}
virtual void show() {
cout << "Derived::show()" << endl;
}
private:
int d;
};

int main(int argc, char **argv)
{
Base base;
Derived derived;

return 0;
}

從輸出結果中可以得出，子類在構造過程中虛表指針會被賦值2次。初始化如下：

　　基類靜態成員 – 子類靜態成員 – (設置v_ptr/基類成員變量 ) –基類構造函數 – (設置v_ptr/子類成員變量) – 子類構造函數

在類的析構函數中是否對虛表指針進行賦值操作呢？

　　在子類的析構函數中，會把虛表指針設置為指向父類中的虛函數地址，這樣在父類的析構函數中調用虛函數實際上調用的是父類的虛函數，不過一般不這樣做。如何進行測試呢，按照上個問題的測試代碼，然後稍微改動一下就可以測試了。

參考：

　　1、深入理解C++對象模型 http://www.linuxidc.com/Linux/2016-10/1357644.htm

　　2、《深度探索C++對象模型》 PDF 下載見 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-03/56159.htm