C++虚函数及虚函数表解析(二)

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C++中的成员和函数，有静态和非静态。
1、非静态数据成员：放在每一个对象体内，作为对象专有的数据成员。
2、静态数据成员：被提取出来放在程序的静态数据区内，为该类所有对象共享，因此只存在一份。（引申下，一个类模板中的静态数据成员实例化成模板类之后有几份？思考下。）
3、静态和非静态成员函数：最终都被提取出来放在程序的代码中并为该类所有对象共享。因每一个成员函数也只能存在一份代码尸体。在C++中的类的成员函数都是保存在静态存储区中，那静态函数也是保存在静态存储区中，他们都是在类中保存同一个备份。
    构成对象本身的只有数据，非静态成员函数与对象的关系就是绑定，绑定的中介是this指针。成员函数为该类所有对象共享。
4、单继承的对象的内存布局：第一个为虚函数表指针vtbl，其后为成员且先基类后子类。虚函数表里包含了所有虚函数的地址，以NULL结束。虚函数如果子类有重写，就由子类的重新的代替。（注意，虚函数表是类所有，而虚函数表指针才是每个对象所有的，所以有虚函数的对象的地址会增加4，是指针的长度）

（1）当子类对父类的虚函数有重写时，子类的函数替换父类的函数在对应的虚函数位置，

（2）当子类有新的虚函数时，这些虚函数被加在第一个虚函数表的后面。  

总结：与单继承相同的是所有的虚函数都包含在虚函数表中，所不同的是多重继承有多个虚函数表，当子类对父类的虚函数有重写时，子类的函数覆盖父类的函数在对应的虚函数位置，当子类有新的虚函数时，这些虚函数被加在第一个虚函数表的后面。
6、虚继承：使用公共的基类在子类中只有一份，我们看到虚继承在多重继承的基础上多了vtable来存储到公共基类的偏移。
总结：虚继承，使公共的基类在子类中只有一份，我们看到虚基类在多重继承的基础上多了vtable来存储到公共基类的偏移。 

 

编译的角度

C++编译器在编译的时候，要确定每个对象调用的函数的地址，这称为早期绑定（early binding）.

前面输出的结果是因为编译器在编译的时候，就已经确定了对象调用的函数的地址，要解决这个问题就要使用迟绑定（late binding）技术。当编译器使用迟绑定时，就会在运行时再去确定对象的类型以及正确的调用函数。而要让编译器采用迟绑定，就要在基类中声明函数时使用virtual关键字，这样的函数我们称为虚函数。一旦某个函数在基类中声明为virtual，那么在所有的派生类中该函数都是virtual，而不需要再显式地声明为virtual。

编译器在编译的时候，编译器会为每个包含虚函数的类创建一个虚表（即vtable），该表是一个一维数组，在这个数组中存放每个虚函数的地址。

那么如何定位虚表呢？编译器另外还为每个类的对象提供了一个虚表指针（即vptr），这个指针指向了对象所属类的虚表。在程序运行时，根据对象的类型去初始化vptr，从而让vptr正确的指向所属类的虚表，从而在调用虚函数时，就能够找到正确的函数。

正是由于每个对象调用的虚函数都是通过虚表指针来索引的，也就决定了虚表指针的正确初始化是非常重要的。换句话说，在虚表指针没有正确初始化之前，我们不能够去调用虚函数。那么虚表指针在什么时候，或者说在什么地方初始化呢？

答案是在构造函数中进行虚表的创建和虚表指针的初始化。还记得构造函数的调用顺序吗，在构造子类对象时，要先调用父类的构造函数，此时编译器只“看到了”父类，并不知道后面是否后还有继承者，它初始化父类对象的虚表指针，该虚表指针指向父类的虚表。当执行子类的构造函数时，子类对象的虚表指针被初始化，指向自身的虚表。

要注意：对于虚函数调用来说，每一个对象内部都有一个虚表指针，该虚表指针被初始化为本类的虚表。所以在程序中，不管你的对象类型如何转换，但该对象内部的虚表指针是固定的，所以呢，才能实现动态的对象函数调用，这就是C++多态性实现的原理。

总结（基类有虚函数）：

1、 每一个类都有虚表。

2、 虚表可以继承，如果子类没有重写虚函数，那么子类虚表中仍然会有该函数的地址，只不过这个地址指向的是基类的虚函数实现。如果基类3个虚函数，那么基类的虚表中就有三项（虚函数地址），派生类也会有虚表，至少有三项，如果重写了相应的虚函数，那么虚表中的地址就会改变，指向自身的虚函数实现。如果派生类有自己的虚函数，那么虚表中就会添加该项。

3、 派生类的虚表中虚函数地址的排列顺序和基类的虚表中虚函数地址排列顺序相同。

 

在调用基类的构造函数时，编译器只“看到了”父类，并不知道后面是否后还有继承者，它只是初始化父类对象的虚表指针，让该虚表指针指向父类的虚表，所以你看到结果当然不正确。只有在子类的构造函数调用完毕后，整个虚表才构建完毕，此时才能真正应用C++的多态性。换句话说，我们不要在构造函数中去调用虚函数，当然如果你只是想调用本类的函数，也无所谓。）