Question

有人可以解释这个不同类的虚拟表是如何存储在内存中的吗？当我们使用指针调用函数时，他们如何使用地址位置调用函数？我们可以使用类指针获取这些虚拟表内存分配大小吗？我想看看一个类的虚拟表使用了多少内存块。我怎么能看到它？

class Base
{
public:
    FunctionPointer *__vptr;
    virtual void function1() {};
    virtual void function2() {};
};

class D1: public Base
{
public:
    virtual void function1() {};
};

class D2: public Base
{
public:
    virtual void function2() {};
};
int main()
{
    D1 d1;
    Base *dPtr = &d1;
    dPtr->function1();
}

谢谢！提前

Answer 1

要记住的第一点是免责声明：标准实际上并未保证这一点。标准说明代码需要看起来是什么以及它应该如何工作，但实际上并没有准确指出编译器需要如何实现这一点。

尽管如此，基本上所有C ++编译器在这方面的工作方式都非常相似。

所以，让我们从非虚函数开始。它们分为两类：静态和非静态。

两者中较简单的是静态成员函数。静态成员函数几乎就像是类的friend的全局函数，除了它还需要类的名称作为函数名的前缀。

非静态成员函数稍微复杂一些。它们仍然是直接调用的普通函数 - 但它们会传递一个隐藏指针，指向调用它们的对象的实例。在函数内部，您可以使用关键字this来引用该实例数据。因此，当您调用类似a.func(b);之类的内容时，生成的代码与您为func(a, b);调用的代码非常相似

现在让我们考虑虚拟功能。这是我们进入vtable和vtable指针的地方。我们有足够的间接性，可能最好绘制一些图表，看看它是如何布局的。这几乎是最简单的情况：一个具有两个虚函数的类的实例：

因此，该对象包含其数据和指向vtable的指针。 vtable包含指向该类定义的每个虚函数的指针。然而，为什么我们需要这么多的间接，可能不会立即显而易见。为了理解这一点，让我们看一下下一个（稍微有点）更复杂的情况：该类的两个实例：

请注意该类的每个实例如何拥有自己的数据，但它们共享相同的vtable和相同的代码 - 如果我们有更多的实例，它们仍然会共享所有实例中的一个vtable。同一个班级。

现在，让我们考虑派生/继承。例如，让我们将现有类重命名为“Base”，并添加派生类。由于我感觉富有想象力，我将它命名为“Derived”。如上所述，基类定义了两个虚函数。派生类会覆盖其中一个（但不是其他）：

当然，我们可以将两者结合起来，每个基类和/或派生类都有多个实例：

现在让我们再详细研究一下。有关派生的有趣之处在于，我们可以将派生类的对象的指针/引用传递给编写的函数，以接收对基类的指针/引用，它仍然有效 - 但是如果调用虚函数，你得到的是实际类的版本，而不是基类。那么，这是如何工作的？我们如何将派生类的实例视为基类的实例，并且仍然可以工作？为此，每个派生对象都有一个“基类子对象”。例如，让我们考虑这样的代码：

struct simple_base { 
    int a;
};

struct simple_derived : public simple_base {
    int b;
};

在这种情况下，当您创建simple_derived的实例时，您会得到一个包含两个int的对象：a和b。 a（基类部分）位于内存中对象的开头，b（派生类部分）紧随其后。因此，如果将对象的地址传递给期望基类实例的函数，它将使用基类中存在的部分，编译器将这些部分置于对象中的相同偏移处。 d在基类的对象中，因此函数可以操作它们，甚至不知道它正在处理派生类的对象。同样，如果你调用一个虚函数，它需要知道的是vtable指针的位置。就它而言，Base::func1之类的东西基本上只是意味着它遵循vtable指针，然后使用指向某个指定偏移处的函数的指针（例如，第四个函数指针）。

至少目前，我将忽略多重继承。它为图片增加了相当多的复杂性（特别是涉及虚拟继承时）并且你根本没有提到它，所以我怀疑你真的在乎。

至于访问其中的任何一个，或者以简单地调用虚函数之外的任何方式使用：你可能能够为特定的编译器提供一些东西 - 但是不要指望它完全可移植。虽然像调试器这样的东西经常需要查看这些东西，但所涉及的代码往往非常脆弱且特定于编译器。

Answer 2

虚拟表应该在类的实例之间共享。更确切地说，它生活在＆＃34;类＆＃34;级别，而不是实例级别。每个实例都有实际拥有指向虚拟表的指针的开销，如果在它的层次结构中有虚函数和类。

表本身至少是为每个虚函数保存指针所需的大小。除此之外，它是一个实现细节，它是如何实际定义的。请查看here以获取有关此问题的详细信息。

Answer 3

首先，以下答案包含您想要了解的有关虚拟表的所有内容： https://stackoverflow.com/a/16097013/8908931

如果您正在寻找更具体的内容（使用常规免责声明，这可能会在平台，编译器和CPU架构之间发生变化）：

需要时，正在为类创建虚拟表。该类只有一个虚拟表实例，该类的每个对象都有一个指向该虚拟表的内存位置的指针。虚拟表本身可以被认为是一个简单的指针数组。
当您将派生指针指定给基指针时，它还包含指向虚拟表的指针。这意味着基指针指向派生类的虚拟表。编译器会将此调用指向虚拟表的偏移量，该偏移量将包含派生类中函数的实际地址。
不是。通常在对象的开头，有一个指向虚拟表本身的指针。但这对你来说太过分了，因为它只是一个指针数组，没有真正的大小指示。
做出很长的答案：对于确切的大小，您可以在可执行文件中找到此信息（或从其加载到内存中的段中）。在充分了解虚拟表的工作原理的基础上，您可以获得非常准确的估算，前提是您已了解代码，编译器和目标架构。

对于确切的大小，您可以在可执行文件中找到此信息，也可以在内存中从可执行文件加载的段中找到此信息。可执行文件通常是ELF文件，这种文件包含运行程序所需的信息。此信息的一部分是各种语言结构的符号，例如变量，函数和虚拟表。对于每个符号，它包含内存中的大小。所以按钮行，您将需要虚拟表的符号名称，以及ELF中的足够知识，以便提取您想要的内容。

Answer 4

Jerry Coffin给出的答案很好地解释了虚函数指针如何在C ++中实现运行时多态性。但是，我认为缺乏回答存储器中存储器的内存。正如其他人所指出的那样，这并不是标准所规定的。

然而，Martin Kysel有一个很好的blog post(s)，它详细介绍了虚拟表的存储位置。总结博客文章：

使用虚函数为每个类（非实例）创建一个vtable。该类的每个实例都指向内存中的相同vtable
每个vtable都存储在生成的二进制文件的只读存储器中
vtable中每个函数的反汇编存储在生成的ELF二进制文件的文本部分中
尝试写入位于只读内存中的vtable会导致分段错误（如预期的那样）

Answer 5

每个类都有一个指向函数列表的指针，它们对于派生类的顺序相同，然后覆盖的特定函数在列表中的该位置发生变化。

当您使用基指针类型指向时，指向的对象仍具有正确的_vptr。

Base's

 Base::function1()
 Base::function2()

D1的

 D1::function1()
 Base::function2()

D2的

 Base::function1()
 D2::function2()

进一步派生的drom D1或D2只会将新的虚拟函数添加到2当前的列表中。

当调用虚函数时我们只调用相应的索引，function1将是索引0

所以你的电话

 dPtr->function1();

实际上是

 dPtr->_vptr[0]();

虚拟表和_vptr存储方案

5 个答案: