C++ 虚函数表

虚函数表（vtable）是什么？

虚函数表（vtable）用于实现 C++ 的运行时多态，每个含有虚函数的类都会自动生成一个虚函数表，表中存放所有虚函数的地址。对象中存储指向虚函数表的指针（vptr），运行时通过该指针调用对应虚函数。

class Base {
public:
  virtual void foo() {
    std::cout << "Base::foo()" << std::endl;
  }
  virtual void bar() {
    std::cout << "Base::bar()" << std::endl;
  }
};

class Derived : public Base {
public:
  void foo() override {
    std::cout << "Derived::foo()" << std::endl;
  }
};

内存布局示意图：

Derived 对象
| vptr | --> Derived 的 vtable

Derived 的 vtable
| foo | --> Derived::foo()
| bar | --> Base::bar()

多重继承对 vtable 的影响

多重继承时，对象内会存在多个 vptr，每个 vptr 指向不同基类的 vtable。

class A { virtual void f() {}};
class B { virtual void g() {}};
class C : public A, public B {};

内存布局示意图：

C 对象
| vptr_A | --> A 的 vtable
| vptr_B | --> B 的 vtable

虚继承对 vtable 的影响

虚继承会解决菱形继承中重复基类实例的问题，通过引入虚基表（vbptr），记录虚基类相对对象的偏移。

class A { virtual void f() {}};
class B : virtual public A {}; // virtual 关键字表示虚继承
class C : virtual public A {}; // virtual 关键字表示虚继承
class D : public B, public C {};

虚继承对象布局：

D 对象:
| vptr_B  | --> B 的 vtable
| vbptr_B | --> B 的 vbtable（指向共享的 A）
| B 的数据成员 |

| vptr_C  | --> C 的 vtable
| vbptr_C | --> C 的 vbtable（指向共享的 A）
| C 的数据成员 |

| D 的数据成员 |

| A 的数据成员（唯一） |

注意

1. 如果使用多态特性，一定要给基类的虚构函数加上 virtual 关键字，否则一个基类指针指向派生类对象时，析构触发时只会调用基类的析构，派生类的析构函数没有调用，造成了内存泄露。