【c++八股文】Day2：虚函数表和虚函数表指针
以下是与之前讨论内容整理的对比总结表格，清晰展示虚函数表（vtable）、虚函数表指针（vptr）以及派生类vtable构建的关键特性：
虚函数表（vtable） vs 虚函数表指针（vptr）对比
| 特性 | 虚函数表（vtable） | 虚函数表指针（vptr） |
|---|---|---|
| 本质 | 静态函数地址表 | 指向vtable的隐藏指针 |
| 创建时机 | 编译时（每个类唯一） | 运行时（对象构造时创建） |
| 存储位置 | 只读数据段（程序全局区） | 对象内存内部（通常为首个隐藏成员） |
| 数量 | 每个类1个 | 每个对象1个（若类含虚函数） |
| 生命周期 | 程序全局存在 | 随对象生命周期（构造时初始化，析构时失效） |
| 是否可变 | ❌ 编译后固定 | ✔️ 在构造/析构链中动态修改 |
| 多态实现关键 | 存储虚函数地址 | 运行时定位实际类型的vtable |
派生类虚函数表（vtable）构建过程
| 步骤 | 操作 | 规则说明 | 示例 |
|---|---|---|---|
| 1 | 继承基类vtable | 复制直接基类的vtable作为初始框架 | Derived复制Base的vtable |
| 2 | 覆盖基类虚函数 | 替换重写（override）的虚函数地址为派生类版本 | Derived::func2()覆盖Base::func2 |
| 3 | 追加新虚函数 | 新增的虚函数地址追加到vtable末尾 | 添加Derived::func3()到vtable末尾 |
| 4 | 多重继承处理 | - 主基类：扩展其vtable（覆盖+追加） - 次要基类：创建独立vtable（仅覆盖） | 类D继承B1（主）、B2（次）时：- B1表扩展- B2表独立 |
| 5 | 虚继承处理 | 添加虚基类偏移量（vboffs）等辅助信息 | 解决菱形继承共享基类定位问题 |
vptr在对象生命周期中的变化
| 对象阶段 | vptr指向 | 虚函数调用行为 | 原因 |
|---|---|---|---|
| 基类构造中 | 基类的vtable | 调用基类实现 | 派生类部分未初始化，避免访问无效数据 |
| 派生类构造中 | 派生类的vtable | 调用派生类覆盖实现 | 对象已完全构造，支持多态 |
| 对象使用期 | 派生类的vtable（最终） | 正常动态绑定 | 多态核心机制 |
| 派生类析构中 | 派生类的vtable | 调用派生类覆盖实现 | 派生类部分仍有效 |
| 基类析构中 | 基类的vtable | 调用基类实现 | 派生类部分已销毁，防止调用无效函数 |
关键结论
-
vtable的全局性
- 编译时生成，类级别共享，与对象无关。
- 派生类vtable通过 复制→覆盖→追加 基类vtable构建。
-
vptr的动态性
- 构造时：从基类到派生类逐级切换vptr指向（
Base vtable → Derived vtable）。 - 析构时：反向切换（
Derived vtable → Base vtable）。
- 构造时：从基类到派生类逐级切换vptr指向（
-
多态安全性
- 构造/析构中vptr指向当前类的vtable，避免调用未初始化或已销毁的函数。
-
多重继承复杂性
- 派生类可能包含多个vptr（主基类扩展表 + 次要基类独立表）。
💡 设计本质：通过编译时生成vtable + 运行时动态修改vptr，在保证安全的前提下实现高效运行时多态。