面试题：C++中虚函数表指针在对象内存布局中的位置及作用

Question

在C++中，当一个类含有虚函数时，其对象的内存布局会包含一个虚函数表指针。请阐述虚函数表指针在对象内存布局中的大致位置（相对于对象起始地址），并解释它在运行时多态实现过程中起到的关键作用。

Answer 1

1. 虚函数表指针在对象内存布局中的位置：
   • 在大多数C++编译器实现中，虚函数表指针通常位于对象内存布局的起始位置（对于单一继承且无虚基类的情况）。也就是说，从对象的起始地址开始，第一个存储的就是虚函数表指针。这是因为这样的布局方式便于编译器和运行时系统快速定位虚函数表，提高运行时多态的效率。
2. 虚函数表指针在运行时多态实现过程中的关键作用：
   • 动态绑定：当通过基类指针或引用调用虚函数时，运行时系统首先根据对象中的虚函数表指针找到对应的虚函数表。虚函数表是一个函数指针数组，数组中的每个元素指向该类及其派生类中虚函数的实际实现。通过虚函数表指针，系统能够在运行时确定对象实际类型所对应的虚函数实现，从而实现动态绑定。例如，假设有一个基类Base和派生类Derived，它们都有虚函数func。当Base* ptr = new Derived(); ptr->func();这样调用时，运行时系统通过ptr指向对象中的虚函数表指针找到Derived类的虚函数表，进而调用Derived类中func的实现，而不是Base类中func的实现，实现了运行时多态。
   • 多态性支持：虚函数表指针使得C++可以在运行时根据对象的实际类型来调用正确的虚函数，而不是在编译时根据指针或引用的静态类型来确定。这使得代码可以处理不同类型的对象，却只需使用基类指针或引用，大大提高了代码的灵活性和可扩展性，为面向对象编程中的多态性提供了核心支持。