c++对象模型之vptr（虚指针）和vtbl（虚表）浅析——（boolan）

来源：互联网发布：淘宝客一单佣金多少编辑：程序博客网时间：2024/06/03 18:56

对于学习C++来说，类是一个非常重要的东西，对于面向对象的程序设计，又会设计到类的继承，委托，复合等。对于在类的继承中大多数人都会知道类在完成继承操作时的结果如何，但是如果问他，类在继承的过程中他的内存是如何实现管理的，相信许多人都不一定能够答上来，那么本博文结合我对类的继承过程的了解，给大家简单的说一下，类的继承过程是如何实现的。

在谈这个话题前，不可避免的我需要先引出vptr（虚指针）和vtbl（虚表）。

在类的继承中，如下图所示：每一个class产生出一堆指向virtual functions 的指针，放在表格中，而这个表格就是我们所说的vtbl（虚表）……

对于每一个class object 被添加了一个指针，指向相关的virtual table 。通常这个指针被称为vptr（虚指针）……

这里写图片描述

下面我们结合上图对vptr和vtbl做进一步的讲解。图中定义了三个类，分别为class A、class B、class C；其中class A 是class B的基类，class B 是class C的基类。

class A ：的公共成员中有四个函数接口，分别为虚函数 virtual void vfunc1（）； virtual void vfunc2（）；普通成员函数void func1（）；void func2（）.class A中有两个私有成员，分别为m_data1和m_data2。

class B : 继承了class A ，但是class B中的虚函数virtual void vfunc1（）覆盖了基类的同名虚函数；此外class B的公共成员中还有一个属于自己的函数 void func2（），注意，这里面的函数func2虽然与class A中的函数func2同名，但是他们是互补相关的两个函数，也不存在谁覆盖谁，因为他们并没有将该同名函数申明为virture function（虚函数），所以class B的对象在调用void func2（）的时候，它只能调用到class B自身公共成员函数中的void func2（）函数，而无法调用到class A 中的void func2（）函数。对由于class B中的私有成员只有一个m_data3.

class C :继承了class B，但是但是class C中的虚函数virtual void vfunc1（）覆盖了基类class B中的同名虚函数；此外存在一个公共成员函数：void func2（），其调用原理，参考上一段文字（在此处就不做详细说明了）。

现在我们知道了A、B、C这三个类的继承关系，以及各自所拥有的公有成员、私有成员以及各自的virtual function 。那么我们接下来就来谈谈，各自对象的虚指针和虚表。（如上图的左边部分所示）

从图的左上角可以看到，当class中有虚函数时，那么他所创建的对象将会多出一个指针（如图中的黑点所示为一个指针），这也是为什么类中有虚函数比类中没有虚函数在进行对象所占字节的测试时，会多出4个字节，而这多出的四个字节其实就是vptr（虚指针）；在图中虚指针对应的地址为0x409004，对于对象a的成分除了包括一个vptr（虚指针）外，还包函两个数据成员m_data1、m_data2.&EMSP;对象a通过虚指针指向虚表（A vtbl），表中放的都是函数指针，指向虚函数。从class A中可以看出class A有两个虚函数，所以vtbl中有两个虚指针，分别指向对应的虚函数。（注意同种相同颜色的框框）。

此处补充一下：对于图中给出的三个类（class A，class B，class C）他们一共有8个函数。对应的四个普通成员函数和四个虚函数，必须要明白的一点是，如果基类中有虚函数，那么子类中一定有虚函数，因为子类继承了基类的成份。并且虚指针只能调用虚函数，而不能调用普通成员函数。

对于B的对象b，因为class B继承了class A，而class A中有虚函数，那么刚才我们说了继承时，由于子类继承了基类的成分，所以对象b一定也有一个虚指针，指向对应的虚函数。而对象b中由于是继承了基类A，所以对象b的成分按照顺序将会包含：一个虚指针，对象A的m_data1,m_data2(基基类的成份)，然后才到自身的m_data3.

对于C的对象c，他的成分同样是按顺序包括：一个虚指针，类A的m_data1,m_data2,类B的m_data3,和自身的m_data1、m_data4.

由于是虚指针，各自的虚指针（vptr）只会指向各自对象对应的虚表（ vtbl ) ，对于class A的对象a的虚指针指向的虚表有两个虚函数分别为A：：vfunc1（）和A：：vfunc2（）。这个比较好理解。

那么对于class B的对象b，它的虚指针呢。因为class B是class A的子类，子类将会继承基类的成分，而基类有两个虚函数vfunc1（）和vfunc2（），这两个虚函数都属于基类的成分，所以继承时都需要继承，但是class B的虚函数virtual void vfunc1（）将基类的同名虚函数覆盖掉了，那么实际上对象b只有两个虚函数，分别为自身的虚函数vfunc1（），和来自基类继承的虚函数vfun2（）。

对于class C的对象c而言，其原理可以参考对象b，但是需要说明的一点是，由于class C继承了class B，而class B 又继承了class A，虽然class B
中没有写出虚函数vfunc2（），但是实际上class B中时包含了class A的的虚函数vfunc2（）的成分的。又因为class C，继承了class B，这时候我们从上面的图中左下角可以看到，class C的对象中其实上是包含了class B从class A中继承过来的成分。所以此时对于class C的对象c来说，它也是包含了两个虚函数的，分别为自身的虚函数vfunc1（），和A::vfunc2（）。

对于每个类对应的对象的vptr通过vtbl调用的虚函数如图中第二列和第三列之间的箭头所示（在同种可以通过图中相同的颜色进行区分）。

由于对底层理解能力有限，目前先写这些，后期后进一步了解，我会补充上去。谢谢！

对于图中的（*（P->vptr)n);大家可能会感到疑惑，我在这里简单说明一下，在图的左下角，大家会看到一个P；那么这行代码的实际意思是：通过指针找出它的虚指针，在找到它的虚表，第n个，把他当成函数指针来调用，由于是通过P来调用，所以P就是this point，所以括号里面的P就是this point。

其中的（（*main）（））形式为函数指针。

同时欢迎大家对于我表述不对的地方加以指正，大家共同进步！谢谢！

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