C++虚函数详解：内存布局与实现机制

本文将深入浅出地探讨C++中的虚函数机制，尤其针对VS2013生成的32位代码进行讲解。首先，我们回顾了一个示例，其中`CBase`类定义了两个虚函数`VFun1`和`VFun2`，以及一个数据成员`data`。当创建`CDerived`类的对象并将其赋值给`CBase`类型的指针`pBase`时，调用`VFun1`和`VFun2`产生了意外的输出结果，因为内存布局发生了变化。 在C++中，当一个类包含虚函数时，编译器会在每个对象的存储空间头部自动添加一个虚函数表（Virtual Function Table，简称VTable）。这个VTable是一个动态链接表，用于存储该类及其所有基类的所有虚函数的地址。每个VTable项代表一个虚函数，索引由虚函数在基类继承链上的位置决定，-1通常表示终止符或未定义。 在`CDerived`类继承自`CBase`后，`CBase`类的VTable会包含`VFun1`、`VFun2`和析构函数，而`CDerived`类自己的虚函数`VFunNew`、`VFun1`和析构函数也会被添加到VTable中。由于`CDerived`重写了`VFun1`，所以它的地址会取代`CBase`类中的`VFun1`位置。 当我们创建`CDerived`对象并将其赋值给`CBase`指针时，实际上`pBase`指向的是`CDerived`对象的地址，而不是`CBase`对象的地址。因此，`pBase->VFun1()`实际上是调用了`CDerived`类中的`VFun1`，而不是`CBase`的版本。这就是为何输出结果显示`VFun1`而不是`CBase::VFun1`的原因。 `CDerived`对象的内存布局包含了`CBase`的虚函数表指针，以及`data`成员，它们的相对位置由编译器决定，通常数据成员紧跟在基类的VTable之后，以保持对象的紧凑性。至于为什么`offsetof(CBase, data)`的结果是4，这是因为`data`位于VTable之后，而VTable占4字节，所以两者之间的偏移是4。 总结来说，C++的虚函数实现涉及动态链接表——虚函数表，它使得子类对象能够根据实际类型调用正确的函数，即便通过基类指针。理解内存布局对于调试和优化C++程序至关重要，尤其是处理多态行为时。通过这个实例，我们可以看到C++的运行时多态性和底层机制是如何协同工作的。