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前言
我們說的虛表其實(shí)有很多種叫法：
- virtual method table（VMT）
- virtual function table(vftable)
- virtual call table
- dispatch table
- vtable
這些都是虛表的意思灼狰。虛表是一種利用程序語言實(shí)現(xiàn)的dynamic dispatch機(jī)制，或者說runtime method binding機(jī)制浮禾，也就是我們說的多態(tài)交胚。
注：筆者在本文使用C++語言，并且統(tǒng)一用vTable來表示虛表盈电。
虛函數(shù)
用virtual關(guān)鍵字修飾的函數(shù)就叫虛函數(shù)蝴簇。
因?yàn)関Table(虛表)是C++利用runtime來實(shí)現(xiàn)多態(tài)的工具，所以我們需要借助virtual關(guān)鍵字將函數(shù)代碼地址存入vTable來躲開靜態(tài)編譯期匆帚。這里我們先不深入探究熬词，后面我會(huì)細(xì)說。
首先我們先來看一個(gè)沒有虛函數(shù)吸重，即沒有用到vTable的例子：
#include <iostream>
#include <ctime>
using std::cout;
using std::endl;
struct Animal { void makeSound() { cout << "動(dòng)物叫了" << endl; } };
struct Cow : public Animal { void makeSound() { cout << "牛叫了" << endl; } };
struct Pig : public Animal { void makeSound() { cout << "豬叫了" << endl; } };
struct Donkey : public Animal { void makeSound() { cout << "驢叫了" << endl; } };
int main(int argc, const char * argv[])
{
srand((unsigned)time(0));
int count = 4;
while (count --) {
Animal *animal = nullptr;
switch (rand() % 3) {
case 0:
animal = new Cow;
break;
case 1:
animal = new Pig;
break;
case 2:
animal = new Donkey;
break;
}
animal->makeSound();
delete animal;
}
return 0;
}
程序中有一個(gè)基類Animal互拾，它有一個(gè)makeSound()函數(shù)。有三個(gè)繼承自Animal的子類嚎幸，分別是牛颜矿、豬、驢嫉晶，并且實(shí)現(xiàn)了自己的makeSound()方法骑疆。很簡單的代碼田篇，是吧。
我們運(yùn)行程序封断，你覺得輸出結(jié)果會(huì)是什么呢斯辰？不錯(cuò)，這里會(huì)連續(xù)執(zhí)行4次Animal的makeSound()方法坡疼，結(jié)果如下：
為什么彬呻？因?yàn)槲覀兊幕怉nimal的makeSound()方法沒有使用Virtual修飾，所以在靜態(tài)編譯時(shí)就makeSound()的實(shí)現(xiàn)就定死了柄瑰。調(diào)用makeSound()方法時(shí)闸氮，編譯器發(fā)現(xiàn)這是Animal指針，就會(huì)直接jump到makeSound()的代碼段地址進(jìn)行調(diào)用教沾。
ok蒲跨，那么我們把Animal的makeSound()改為虛函數(shù)，如下：
struct Animal { virtual void makeSound() { cout << "動(dòng)物叫了" << endl; } };
運(yùn)行會(huì)是怎樣授翻？如你所料或悲，多態(tài)已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)：
接下來就是大家最關(guān)心的部分，這是怎么回事堪唐？編譯器到底做了什么巡语？
虛表
為了說明方便，我們需要修改一下基類Animal的代碼淮菠，不改變其他子類男公，修改如下：
struct Animal {
virtual void makeSound() { cout << "動(dòng)物叫了" << endl; }
virtual void walk() {}
void sleep() {}
};
struct Cow : public Animal { void makeSound() { cout << "牛叫了" << endl; } };
struct Pig : public Animal { void makeSound() { cout << "豬叫了" << endl; } };
struct Donkey : public Animal { void makeSound() { cout << "驢叫了" << endl; } };
首先我們需要知道幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：
- 函數(shù)只要有virtual，我們就需要把它添加進(jìn)vTable合陵。
- 每個(gè)類(而不是類實(shí)例)都有自己的虛表枢赔，因此vTable就變成了vTables。
- 虛表存放的位置一般存放在模塊的常量段中拥知，從始至終都只有一份踏拜。詳情可在此參考
我們怎么理解？從本例來看低剔，我們的Animal速梗、Cow、Pig户侥、Donkey類都有自己的虛表，并且虛表里都有兩個(gè)地址指針指向makeSound()和walk()的函數(shù)地址峦嗤。一個(gè)指針4個(gè)字節(jié)蕊唐，因此每個(gè)vTable的大小都是8個(gè)字節(jié)。如圖：
他們的虛表中記錄著不同函數(shù)的地址值烁设√胬妫可以看到Cow钓试、Pig、Donkey重寫了makeSound()函數(shù)但是沒有重寫walk()函數(shù)副瀑。因此在調(diào)用makeSound()時(shí)弓熏，就會(huì)直接jump到自己實(shí)現(xiàn)的code Address。而調(diào)用walk()時(shí)糠睡，則會(huì)jump到Animal父類walk的Code Address挽鞠。
虛指針
現(xiàn)在我們已經(jīng)知道虛表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)了，那么我們在堆里實(shí)例化類對象時(shí)是怎么樣調(diào)用到相應(yīng)的函數(shù)的呢狈孔？這就要借助到虛指針了(vPointer)信认。
虛指針是類實(shí)例對象指向虛表的指針，存在于對象頭部,大小為4個(gè)字節(jié)均抽，比如我們的Donkey類的實(shí)例化對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就如下：
我們修改main函數(shù)里的代碼嫁赏，如下：
int main(int argc, const char * argv[])
{
int count = 2;
while (count --) {
Animal *animal = new Donkey;
animal->makeSound();
delete animal;
}
return 0;
}
我們在堆中生成了兩個(gè)Donkey實(shí)例，運(yùn)行結(jié)果如下：
驢叫了
驢叫了
Program ended with exit code: 0
沒問題油挥。然后我們再來看看堆里的結(jié)構(gòu)潦蝇，就變成了這樣：
還有什么是這張圖不能說明的呢？
Enjoy it :)
參考鏈接：
C++ vTable Preview
C++ vPointers and vTables
Virtual method table
虛函數(shù)表放在哪里
Done
作者: @biggergao
個(gè)人博客: Mr.碼了戈壁
2016年06月30日
