虚函数表(vtable)是C++实现动态多态的核心机制,编译器为含虚函数的类生成vtable存储虚函数地址,对象通过隐藏的vptr指向该表;继承时派生类vtable更新重写函数并添加新虚函数,多重继承下可能存在多个vptr以支持正确偏移和调用,虚函数调用需通过vptr查找vtable再定位函数地址,带来一定性能开销但保障了多态灵活性。

在C++中,多态是面向对象编程的核心特性之一,而实现动态多态的关键机制就是虚函数表(vtable)。理解vtable的内存布局和调用机制,有助于深入掌握C++对象模型和性能优化。
当一个类中声明了虚函数,编译器就会为该类生成一个虚函数表(virtual table),简称vtable。每个包含虚函数的类都有一个对应的vtable,它是一个函数指针数组,存储着该类所有虚函数的实际地址。
每个该类的对象都会被插入一个隐藏的指针——vptr,指向其所属类的vtable。这个指针通常位于对象内存布局的最开始位置。
例如:
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class Base {此时,Base类的每个实例都包含一个vptr,指向一个由两个函数指针组成的表:第一个指向func1,第二个指向func2。
在派生类中重写虚函数或新增虚函数时,vtable会相应调整。
考虑以下代码:
class Derived : public Base {Derived类有自己的vtable:
Derived对象的内存结构仍然是:vptr + Base成员 + Derived成员。vptr指向Derived的vtable。
当类从多个带有虚函数的基类继承时,情况变得更复杂。
例如:
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class A { virtual void f(); };C类对象中将包含两个vptr:
这种设计保证了将C*转换为A*或B*时,指针值可能变化(偏移),但虚函数调用依然正确。
调用虚函数时,实际执行流程如下:
以obj->func1()为例,编译后类似:
其中obj作为隐含参数(this)传入。
vtable机制带来一定的运行时开销:
但由于现代CPU的缓存和预测机制,虚函数调用的性能影响通常可接受,尤其是在多态设计带来的灵活性优势面前。
基本上就这些。vtable是C++运行时多态的基石,了解其工作机制有助于写出更高效、更可靠的代码。
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