C++ 虚函数简介！程序员必学知识，掌握编程从对象开始！

本文将简单探究一下 c++ 中的虚函数实现机制。主要基于 vs2013 生成的 32 位代码进行研究，相信其它编译器（比如， gcc ）的实现大同小异。

先从对象大小开始

假设我们有如下代码，假设 int 占 4 字节，指针占 4 字节。

#include "stdafx.h"

#include "stdlib.h"

#include "stddef.h"

class CBase

{

public:

    virtual void VFun1() { printf(__FUNCTION__ "\n"); }

    virtual void VFun2() { printf(__FUNCTION__ "\n"); }

    virtual ~CBase() { printf(__FUNCTION__ "\n"); }

    int data;

};

class CDerived : public CBase

{

public:

    virtual void VFunNew() { printf(__FUNCTION__ "\n"); }

    virtual void VFun1() override { printf(__FUNCTION__ "\n"); }

    virtual ~CDerived() override { printf(__FUNCTION__ "\n"); }

};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

    printf("sizeof CBase is: %d, offset of data is %d\n",

          sizeof(CBase), offsetof(CBase, data));

    system("pause");

    CBase* pBase = new CDerived();

    pBase->VFun1();

    pBase->VFun2();

    system("pause");

    return 0;

}

输出结果如下图：

有没有觉得意外？从类定义可知， data 占 4 字节，那另外的 4 字节是哪里来的呢？ data的偏移值不应该是 0 吗？为什么是 4 呢？

内存布局

如果一个类有虚函数，编译器会自动为这个类型的对象在头部增加一个虚表指针（ vftable），指向虚函数表。虚函数表中存放着一个个的虚函数。

CBase 和 CDerived 类对象的内存布局如下：

注意：虚函数表中索引为 -1 的地方指向了跟动态类型转换相关的信息。

虚表指针的初始化

vftable 是在类的构造函数中初始化的。可以在 IDA 中分别查看 CBase 类和 CDerived 类的构造函数的反汇编代码。

CBase 构造函数的反汇编代码如下（关键部分已注释）：

由反汇编代码可知， CBase 的构造函数会把 CBase 对象开始的位置（存放虚表指针）设置为 CBase::vftable 。

CDerived 构造函数的反汇编代码如下（关键部分已注释）：

由反汇编代码可知， CDerived 的构造函数会先调用 CBase 的构造函数进行基类部分的初始化，在 CBase 构造函数的内部把 CDerived 对象开始的位置设置为 CBase::vftable ，然后调用自身的初始化部分，会把 CDerived::vftable 的地址放到对象开始的位置，从而替换掉了 CBase类的虚表指针。