C++调用虚函数是如何确定是虚函数表中的哪一项?

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class Base
{
public:
virtual func1() {};
virtual func2() {};
}

class Child : public Base
{
public:
virtual func1() {};
virtual func3() {};
}

Base* b = new Child();
b->func1();

要讨论的是 `b->func1()`编译器以及运行时是怎么操作的

先说结论:

1.编译器会给每个虚函数指定一个在虚函数表中的索引

2.在编译期,虚函数的调用以及被类似转化成`(*p->vptr[1])(p)` 这种形式,前面获取到func1的地址,然后调用,传的参数是p(表示this指针)。(假设func1函数是在索引1的位置,实际上从书中得知,虚函数表的第0位置存放的是type_info,虚函数都是从索引1的位置开始)

有人会问,虚函数调用在编译期转换成了`(*p->vptr[1])(p)` 这种形式,那岂不是写死了调用的是哪一个函数?但是在运行期才知道是调用的是基类还是子类的函数啊?

这个问题其实是不存在的, `(*p->vptr[1])(p)` 这样只是在运行时告诉CPU,要去虚函数表索引为1的地方读取函数地址,这个函数的地址却不是编译期能确定的,因为可以b指针可以指向父类也可以指向子类。所以在运行时,

vptr[1]

的值是根据运行时的具体指针指向情况确定的。 只不过,在编译期时已经确定了虚函数表中的每一项对应了每一个固定的虚函数。

例如例子中Base对象:

  • Base对象的 func1 函数在虚函数表中的索引值是1
  • Base对象的func2函数在虚函数表中的索引值是2

Child对象:

  • func1函数在虚函数表中的索引值还是1. 继承自Base
  • func2索引值还是2 继承自Base
  • func3索引值是3 自己的虚函数

由上可见,其实无论是Base对象还是Child对象,虚函数 func1 在各自的虚函数表中的索引都是1.

因此编译器便能把虚函数的调用在编译期就能直接替换成`(*p->vptr[1])(p)`这种形式。

只不过如果指针指向的是Base对象,那么内存布局就是Base对象的内存,那么虚函数表中的vptr[1]存放的是Base自己的func1的地址;而如果指针指向的是Child对象,内存布局就是Child对象的内存,那么虚函数表中的vptr[1]存放的就是Child的func1函数的地址。

以上就是对于单继承情况下的解答。

作者:Asynchronous

链接:https://www.zhihu.com/question/425173545/answer/1520718705

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