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c++ vtable是什么 c++虚函数表工作原理【底层】

穿越時空

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发布时间:2026-01-31 12:45:18

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来源于php中文网

原创

vtable是C++运行时多态的核心机制,由编译器为含虚函数的类生成只读函数指针数组,按声明顺序存储虚函数地址;对象首部隐式包含vptr指向对应vtable,调用时通过vptr+vtable索引动态分派。

c++ vtable是什么 c++虚函数表工作原理【底层】

vtable(虚函数表)是 C++ 实现运行时多态的核心底层机制。它不是语言标准强制规定的结构,但所有主流编译器(如 MSVC、GCC、Clang)都采用类似方案:每个含虚函数的类,在编译期生成一张只读的函数指针数组,存放该类所有虚函数的实际地址——这就是 vtable。

vtable 是怎么生成和组织的?

编译器为每个含虚函数的类单独生成一张 vtable,按虚函数在类中声明的顺序依次填入地址:

  • 基类的 vtable 包含其自身所有虚函数地址,索引从 0 开始连续排列
  • 派生类继承基类 vtable 布局,重写的虚函数会覆盖对应索引位置的地址;
  • 派生类新增的虚函数则追加到表尾,不打乱原有索引顺序;
  • vtable 存储在程序的 .rodata 段,所有同类对象共享同一份,只读且全局唯一。

vptr 怎么把对象和 vtable 连起来?

每个含虚函数的类的对象,内存布局开头隐式插入一个指针成员,叫 vptr(虚表指针),大小为 4 字节(x86)或 8 字节(x64):

  • vptr 在对象构造时由编译器自动初始化,指向其静态类型对应的 vtable;
  • 例如 Derived d; 的 vptr 指向 Derived 类的 vtable,哪怕用 Base* ptr = &d; 持有,vptr 仍不变;
  • 该指针始终位于对象内存首地址,可通过 *(void**)(&obj) 直接取到(调试/教学用途,生产代码勿用)。

调用虚函数时发生了什么?

当通过基类指针或引用调用虚函数(如 ptr->func()),实际执行分四步:

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  • ptr 所指对象的首地址读出 vptr;
  • 通过 vptr 找到对应类的 vtable 起始地址;
  • 根据 func 在基类中声明的顺序,查其在 vtable 中的固定偏移(比如第 0 项);
  • 取出该位置存储的函数地址,跳转执行——此时若对象是派生类实例,取到的就是派生类重写后的地址。

为什么不用每个对象存全部函数指针?

直接在对象里放 10 个函数指针,1000 个对象就浪费数 KB 内存。vtable 方案把重复数据上提至类级别,每个对象只增一个 vptr,空间开销极小,且继承时只需复用+局部覆盖,逻辑清晰、高效可靠。

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