C++对象布局及多态实现的探索(二)

虚函数的类的对象布局（1）

如果类中存在虚函数时，情况会怎样呢？我们知道当一个类中有虚函数时，编译器会为该类产生一个虚函数表，并在它的每一个对象中插入一个指向该虚函数表的指针，通常这个指针是插在对象的起始位置。所谓的虚函数表实际就是一个指针数组，其中的指针指向真正的函数起始地址。我们来验证一下，定义一个无成员变量的类C040，内含一个虚函数。

struct C040
{
　virtual void foo() {}
};

运行如下代码打印它的大小及对象中的内容。

PRINT_SIZE_DETAIL（C040）

结果为：

The size of C040 is 4

The detail of C040 is 40 b4 45 00

果然它的大小为4字节，即含有一个指针，指针指向的地址为0x0045b440.

同样再定义一个空类C050，派生自类C040.

struct C050 ： C040

{

}；

由于虚函数会被继承，且维持为虚函数。那么类C050的对象中同样应该含有一个指向C050的虚函数表的指针。

运行如下代码打印它的大小及对象中的内容。

PRINT_SIZE_DETAIL（C050）

结果为：

The size of C050 is 4

The detail of C050 is 44 b4 45 00

果然它的大小也为4字节，即含有一个指向虚函数表（后称虚表）的指针（后称虚表指针）。

虚表是类级别的，类的所有对象共享同一个虚表。我们可以生成类C040的两个对象，然后通过观察对象的地址、虚表指针地址、虚表地址、及虚表中的条目的值（即所指向的函数地址）来进行验证。

运行如下代码：

C040 obj1， obj2；

PRINT_VTABLE_ITEM（obj1， 0， 0）

PRINT_VTABLE_ITEM（obj2， 0， 0）

结果如下：

obj1　 ： objadr：0012FDC4 vpadr：0012FDC4 vtadr：0045B440 vtival（0）：0041D834

obj2　 ： objadr：0012FDB8 vpadr：0012FDB8 vtadr：0045B440 vtival（0）：0041D834

（注：第一列为对象名，第二列（objadr）为对象的内存地址，第三列（vpadr）为虚表指针地址，第四列（vtadr）为虚表的地址，第五列（vtival（n））为虚表中的条目的值，n为条目的索引，从0开始。后同）

果然对象地址不同，虚表指针（vpadr）位于对象的起始位置，所以它的地址和对象相同。两个对象的虚表指针指向的是同一个虚表，因此（vtadr）的值相同，虚表中的第一条目（vtival（0））的值当然也一样。

接下来，我们再观察类C040和从它派生的类C050的对象，这两个类各有自己的虚表，但由于C050没有重写继承自C040的虚函数，所以它们的虚表中的条目的值，即指向的虚函数的地址应该是一样的。

运行如下代码：

C040 c040；

C050 c050；

PRINT_VTABLE_ITEM（c040， 0， 0）

PRINT_VTABLE_ITEM（c050， 0， 0）

结果为：

c040　　 ： objadr：0012FD4C vpadr：0012FD4C vtadr：0045B448 vtival（0）：0041D834

c050　　 ： objadr：0012FD40 vpadr：0012FD40 vtadr：0045B44C vtival（0）：0041D834

果然这次我们可以看到虽然前几列皆不相同，但最后一列的值相同。即它们共享同一个虚函数。

定义一个C043类，包含两个虚函数。再定义一个C071类，从C043派生，并重写继承的第一个虚函数。

　struct C043
{
　　　 virtual void foo1() {}
　　　 virtual void foo2() {}
};
struct C071 : C043
{
　　　 virtual void foo1() {}
};

我们可以预料到，C043和C071各有一个包含两个条目的虚表，由于C071派生自C043，并且重写了第一个虚函数。那么这两个类的虚表的第一个条目值是不同的，而第二项应该是相同的。运行如下代码。

C043 c043；

C071 c071；

PRINT_SIZE_DETAIL（C071）

PRINT_VTABLE_ITEM（c043， 0， 0）

PRINT_VTABLE_ITEM（c071， 0， 0）

PRINT_VTABLE_ITEM（c043， 0， 1）

PRINT_VTABLE_ITEM（c071， 0， 1）

结果为：

The size of C071 is 4

The detail of C071 is 5c b4 45 00

c043　　 ： objadr：0012FCD4 vpadr：0012FCD4 vtadr：0045B450 vtival（0）：0041D4F1

c071　　 ： objadr：0012FCC8 vpadr：0012FCC8 vtadr：0045B45C vtival（0）：0041D811

c043　　 ： objadr：0012FCD4 vpadr：0012FCD4 vtadr：0045B450 vtival（1）：0041DFE1

c071　　 ： objadr：0012FCC8 vpadr：0012FCC8 vtadr：0045B45C vtival（1）：0041DFE1

观察第1、2行的最后一列，即两个类的虚表的第一个条目，由于C071重写了foo1函数，所以这个值不一样。而第3、4行的最后一列为两个类的虚表的第二个条目，由于C071并没有重写它，所以这两个值是相同的。和我们之间的猜测是一致的。

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