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✨当前学习内容： 《C++学习》
📑 目录
一、前置讲解
在进入正文前，先花 10 秒了解本篇会反复用到的核心概念，带着印象去读正文，学习效率更高。
🧠 前置知识一：虚函数表指针（vfptr）
含虚函数的对象里多出一个指针，放在对象最前面，指向该类的虚函数表。
📋 前置知识二：虚函数表（vtable）
本质是存虚函数指针的数组，末尾一般放 nullptr；每个含虚函数的类各有一份。
🔁 前置知识三：重写 = 覆盖
语法层叫重写，原理层叫覆盖——指子类函数地址替换掉虚表里父类对应位置。
⚙️ 前置知识四：动态绑定 vs 静态绑定
虚函数走运行时查表（动态）；普通函数在编译期就定死（静态）。
🧩 前置知识五：多态两条件的原理
虚函数覆盖保证表里有正确地址，指针/引用调用保证运行时才去查表。
二、虚函数表
2.1 sizeof(Base) 是多少？
// 这里常考一道笔试题：sizeof(Base) 是多少？
class Base
{
public:
virtual void Func1()
{
cout << "Func1()" << endl;
}
private:
int _b = 1;
};答案是：跟平台有关。
| 平台 | 组成 | sizeof(Base) |
|---|---|---|
| 32 位 | 虚表指针 4 字节 + int _b 4 字节 | 8 字节 |
| 64 位 | 虚表指针 8 字节 + int _b 4 字节 + 对齐填充 4 字节 | 16 字节 |
通过观察和测试发现：对象里除了 _b 成员，还多一个 __vfptr 放在对象的最前面。对象中的这个指针我们叫虚函数表指针（v 代表 virtual，f 代表 function）。
一个含有虚函数的类中，都至少有一个虚函数表指针——因为虚函数的地址要放到虚函数表中，虚函数表也简称虚表。
💡 面试常问"为什么加了
virtual对象就变大了"：因为每个对象都多存了一个指针（注意是每个对象一个 vfptr，不是每个函数）。
2.2 派生类的虚表长什么样
先给代码加上三个变化：派生类 Derive 继承 Base、Derive 中重写 Func1、Base 再增加一个虚函数 Func2 和一个普通函数 Func3。
class Base
{
public:
virtual void Func1()
{
cout << "Base::Func1()" << endl;
}
virtual void Func2()
{
cout << "Base::Func2()" << endl;
}
void Func3()
{
cout << "Base::Func3()" << endl;
}
private:
int _b = 1;
};
class Derive : public Base
{
public:
virtual void Func1()
{
cout << "Derive::Func1()" << endl;
}
private:
int _d = 2;
};
int main()
{
Base b;
Derive d;
return 0;
}两个类的虚表内容对比：
| 虚表中的槽位 | Base 的虚表 | Derive 的虚表 |
|---|---|---|
| 第 1 项 | Base::Func1 | Derive::Func1（被重写覆盖） |
| 第 2 项 | Base::Func2 | Base::Func2（继承来的虚函数） |
| 末尾 | nullptr | nullptr |
Func3（普通函数） | 不进虚表 | 不进虚表 |
2.3 六个关键结论
| 序号 | 结论 |
|---|---|
| 1 | 派生类对象 d 中也有一个虚表指针：d 对象由两部分构成——一部分是父类继承下来的成员 + 虚表指针（注意父类的虚表指针和子类的虚表指针是不同的），另一部分是自己的成员 |
| 2 | 基类 b 对象和派生类 d 对象的虚表不一样：Func1 完成了重写，所以 d 的虚表中存的是重写后的 Derive::Func1。所以虚函数的重写也叫作覆盖——重写是语法的叫法，覆盖是原理层的叫法 |
| 3 | Func2 继承下来后仍是虚函数，所以放进虚表；Func3 也继承下来了，但不是虚函数，所以不会放进虚表 |
| 4 | 虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组，一般情况下数组最后面放了一个 nullptr |
| 5 | 派生类虚表的生成过程见下表（三步） |
| 6 | 虚函数存在哪？虚表存在哪？ 很多人的回答是"虚函数存在虚表，虚表存在对象中"——这个回答是错的，但很多人深以为然。虚表存的是虚函数指针，不是虚函数；虚函数和普通函数一样，都存放在代码段，只是它的指针又存到了虚表中。另外对象中存的不是虚表，存的是虚表指针。至于虚表本身存在哪——实际验证会发现 VS 下虚表存在代码段 |
派生类虚表的生成过程：
| 步骤 | 做法 |
|---|---|
| a | 先将基类中的虚表内容拷贝一份到派生类的虚表中 |
| b | 如果派生类重写了基类中某个虚函数，用派生类自己的虚函数覆盖虚表中基类的虚函数 |
| c | 派生类自己新增加的虚函数，按其在派生类中的声明次序，增加到虚表的最后 |
再强调一遍（这段没看懂就多看几遍）：
| 东西 | 存在哪 | 说明 |
|---|---|---|
| 成员函数（含虚函数） | 代码段 | 只要是成员函数都在代码段，不会在对象内显示 |
| 虚函数表 | 代码段 | 表里存的是函数指针 |
虚函数表指针 __vfptr | 对象内部 | 对象里只有指针，没有表 |
再总结成五条：
| 序号 | 总结 |
|---|---|
| 1 | 虚表归属：每个包含虚函数的类都有自己独立的虚表；继承会对父类虚表复制，再通过重写修改；虚表存放的是虚函数指针，不是虚函数 |
| 2 | 重写的作用：子类重写虚函数时，会替换虚表中父类对应的函数地址，这就是多态的核心 |
| 3 | 新虚函数：新增虚函数按声明次序进入虚表；虚函数和普通函数一样都存放在代码段，不在虚表里 |
| 4 | 非虚函数：不会进虚表，调用时直接静态绑定（编译时确定调用哪个类的函数） |
| 5 | 虚表何时产生：虚表内容在编译期就由编译器安排好（函数地址在链接期确定）；而对象里的虚表指针在构造时设置 |
三、多态原理
class Person // 父类（含虚函数，支持多态）
{
public:
virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};
class Student : public Person // 子类，重写虚函数
{
public:
virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; } // 覆盖父类实现
};
void Func(Person& p) // 多态调用：通过基类引用调用虚函数
{
p.BuyTicket(); // 运行时根据实际对象类型动态绑定
}
int main()
{
Person Mike;
Func(Mike); // 买票-全价（调用 Person::BuyTicket）
Student Johnson;
Func(Johnson); // 买票-半价（调用 Student::BuyTicket，体现多态）
return 0;
}运行结果：
买票-全价 买票-半价
| 观察 | 结论 |
|---|---|
p 指向 Mike 对象时 | p->BuyTicket 在 Mike 的虚表中找到的是 Person::BuyTicket |
p 指向 Johnson 对象时 | p->BuyTicket 在 Johnson 的虚表中找到的是 Student::BuyTicket |
| 结果 | 这样就实现了不同对象去完成同一行为时，展现出不同的形态 |
反过来思考：为什么多态需要那两个条件？
| 条件 | 在原理上对应什么 |
|---|---|
| 虚函数覆盖 | 保证虚表里那个槽位存的是子类的函数地址——表里地址不对，查表也查不到正确的函数 |
| 对象的指针或引用调用 | 保证调用动作推迟到运行时——用对象直接调用，编译器早就按静态类型定死了，根本不会去查表 |
再看汇编层面： 满足多态以后的函数调用，不是在编译时确定的，而是运行起来以后到对象中去找的；不满足多态的函数调用，是编译时确认好的。
💡 一句话概括原理：虚表是"虚函数地址的目录"，vfptr 是"目录在哪"。运行时先顺着
this找到 vfptr → 找到虚表 → 取出对应槽位的地址 → 再 call。所以多态是"多一次查表"换来的灵活性。
四、动态绑定与静态绑定
| 对比项 | 静态绑定（前期绑定 / 早绑定） | 动态绑定（后期绑定 / 晚绑定） |
|---|---|---|
| 确定时机 | 编译期间 | 运行期间 |
| 依据 | 变量的静态类型 | 具体拿到的对象类型 |
| 又被称为 | 静态多态 | 动态多态 |
| 典型例子 | 函数重载、普通函数调用 | 虚函数 + 基类指针/引用调用 |
| 效率 | 更高（直接 call 地址） | 略低（要查虚表） |
💡 记住这条对应关系：重载是静态多态（编译期挑版本），虚函数重写是动态多态（运行期查虚表）。两者都能叫"多态"，但机制完全不同。
五、复盘（附答案）
💡 思考题
-
sizeof(Base)为什么会比只有成员变量时更大？ 32 位和 64 位下分别是多少？ -
派生类对象里有没有自己的虚表指针？ 父类和子类的虚表指针是同一个吗？
-
为什么说"重写"和"覆盖"是同一件事的两种叫法？ 分别在什么语境下用？
-
派生类的虚表是怎么生成的？ 基类的
Func2和普通函数Func3分别会不会进虚表？ -
"虚函数存在虚表里、虚表存在对象里"这句话错在哪？ 正确说法是什么？
-
满足多态的调用为什么不满足多态更快？ 动态绑定和静态绑定分别是什么？
-
多态的两个条件在原理上分别保证了什么？ 缺一个为什么就不行？
📝 答案
-
因为只要类里有虚函数，对象里就会多一个虚表指针
__vfptr（放在对象最前面），对象大小因此增加。32 位下：vfptr 4 +int4 = 8 字节；64 位下：vfptr 8 +int4 + 对齐填充 4 = 16 字节。 -
有。派生类对象
d中也有一个虚表指针，d由"父类继承下来的成员 + 虚表指针"和"自己的成员"两部分构成。父类的虚表指针和子类的虚表指针是不同的（d的 vfptr 指向d自己的虚表，b的指向b的虚表）。 -
因为它们描述的是同一件事的两个层面：语法层说派生类写了一个和基类一模一样的虚函数，叫"重写"；原理层说派生类函数地址把虚表里基类那个槽位的内容替换掉了，叫"覆盖"。所以可以记成"重写是语法，覆盖是原理"。
-
生成过程三步：a. 先把基类虚表内容拷贝一份到派生类虚表；b. 重写了的虚函数，用派生类版本的地址覆盖掉基类的那一项；c. 派生类新增的虚函数按声明次序追加到虚表末尾。基类的
Func2是虚函数，会进虚表（原样继承）；Func3是普通函数，不进虚表。 -
错在把"指针"和"实物"混为一谈。正确说法：虚表里存的是虚函数的指针，不是虚函数本身；虚函数和普通函数一样存在代码段；对象里存的不是虚表，而是虚表指针；虚表本身（VS 下）也存在代码段。对象内只有那个
__vfptr。 -
因为不满足多态（静态绑定）的调用在编译期就把目标函数地址定死了，直接
call即可；而满足多态（动态绑定）的调用必须运行时先取 vfptr、再查虚表、最后才能拿到函数地址，多一次内存访问。静态绑定=前期绑定/早绑定，编译期确定行为（如函数重载）；动态绑定=后期绑定/晚绑定，运行期按实际对象类型确定（如虚函数通过基类指针/引用调用）。 -
虚函数覆盖保证虚表里那个槽位存的确实是子类函数的地址——否则查表也查不到正确的实现；指针/引用调用保证调用动作被推迟到运行时——如果用对象直接调用，编译器按静态类型就把函数调用定死了，根本不会走查表这条路。两者缺一不可。
结语
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转载自 CSDN-专业IT技术社区
原文链接：https://blog.csdn.net/2601_96587588/article/details/169337984
