面试题：C++ 虚函数表与函数指针动态绑定的关系

虚函数表在函数指针动态绑定机制中的角色

在 C++ 中，虚函数表（vtable）是实现函数指针动态绑定（运行时多态）的关键机制。当一个类包含虚函数时，编译器会为该类创建一个虚函数表。虚函数表本质上是一个函数指针数组，数组中的每个元素指向该类的一个虚函数的实现。

每个包含虚函数的对象都包含一个指向其所属类的虚函数表的指针（vptr）。当通过基类指针或引用调用虚函数时，程序会根据对象的实际类型（通过 vptr 找到对应的虚函数表），在运行时决定调用哪个虚函数的实现，从而实现动态绑定。

虚函数表的结构

每个包含虚函数的类都有一个虚函数表：虚函数表是一个静态数组，存储在程序的只读数据段（常量区）。
虚函数表中的元素：每个元素是一个函数指针，指向对应虚函数的实现。虚函数表中函数指针的顺序与虚函数在类中声明的顺序一致。
派生类的虚函数表：如果一个派生类继承自一个包含虚函数的基类，它会继承基类的虚函数表，并根据需要对其进行修改。如果派生类重写了基类的某个虚函数，那么在派生类的虚函数表中，对应位置的函数指针会被替换为派生类中该虚函数的新实现。如果派生类定义了新的虚函数，这些新虚函数的函数指针会被添加到虚函数表的末尾。

虚函数表协助实现函数指针动态绑定的过程

对象创建时：当创建一个包含虚函数的对象时，编译器会在对象的内存布局开头（通常情况）插入一个 vptr，指向该对象所属类的虚函数表。
函数调用时：当通过基类指针或引用调用虚函数时，程序首先通过对象的 vptr 找到对应的虚函数表，然后根据虚函数在虚函数表中的索引（基于其在类中声明的顺序），找到并调用相应的虚函数实现。

代码示例

#include <iostream>

class Base {
public:
    virtual void func() {
        std::cout << "Base::func()" << std::endl;
    }
};

class Derived1 : public Base {
public:
    void func() override {
        std::cout << "Derived1::func()" << std::endl;
    }
};

class Derived2 : public Derived1 {
public:
    void func() override {
        std::cout << "Derived2::func()" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Base* basePtr;

    Base baseObj;
    basePtr = &baseObj;
    basePtr->func();  // 调用 Base::func()

    Derived1 derived1Obj;
    basePtr = &derived1Obj;
    basePtr->func();  // 调用 Derived1::func()

    Derived2 derived2Obj;
    basePtr = &derived2Obj;
    basePtr->func();  // 调用 Derived2::func()

    return 0;
}

在上述代码中：

Base 类包含一个虚函数 func。
Derived1 类继承自 Base 类并重写了 func 函数。
Derived2 类继承自 Derived1 类并重写了 func 函数。
在 main 函数中，通过 Base 类指针分别指向不同类型的对象，并调用 func 函数。由于虚函数表和动态绑定机制，程序会在运行时根据对象的实际类型调用正确的虚函数实现。

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面试题：C++ 虚函数表与函数指针动态绑定的关系

知识考点

面试题答案

虚函数表在函数指针动态绑定机制中的角色

虚函数表的结构

虚函数表协助实现函数指针动态绑定的过程

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