面试题：C++ 中虚函数表指针的初始化时机

Question

在 C++ 中，虚函数表指针（vptr）在什么时候被初始化？请详细说明不同类型对象（如普通类对象、派生类对象）的虚函数表指针初始化情况。

Answer 1

虚函数表指针（vptr）初始化时机

1. 普通类对象：
   • 当一个类中包含虚函数时，该类的对象会有一个虚函数表指针（vptr）。在对象构造时，vptr 会被初始化。具体来说，在构造函数执行过程中，在进入用户代码之前，编译器会将 vptr 指向该类对应的虚函数表。
2. 派生类对象：
   • 单继承情况：
     • 派生类对象构造时，首先调用基类构造函数。在基类构造函数执行过程中（进入基类构造函数用户代码前），vptr 会被初始化为指向基类的虚函数表。
     • 然后执行派生类构造函数，在派生类构造函数执行过程中（进入派生类构造函数用户代码前），vptr 会被重新初始化为指向派生类的虚函数表。如果派生类没有重写基类的虚函数，派生类虚函数表中的对应函数指针仍指向基类虚函数的实现；若派生类重写了虚函数，则虚函数表中对应函数指针指向派生类重写后的函数实现。
   • 多继承情况：
     • 当派生类从多个基类继承（多继承）且这些基类有虚函数时，派生类对象可能会有多个 vptr（每个有虚函数的基类对应一个 vptr）。
     • 构造派生类对象时，按照继承列表顺序依次调用基类构造函数。每个基类构造函数执行时（进入基类构造函数用户代码前），会初始化对应的 vptr 指向该基类的虚函数表。
     • 最后执行派生类构造函数，在派生类构造函数执行过程中（进入派生类构造函数用户代码前），会对相关 vptr 进行调整，使其正确指向派生类对应的虚函数表（可能存在覆盖基类虚函数的情况）。如果派生类没有重写某个基类的虚函数，对应虚函数表中的函数指针仍指向基类虚函数的实现；若重写了，则指向派生类重写后的函数实现。
   • 菱形继承情况（多继承的一种特殊情况）：
     • 菱形继承下，若基类有虚函数，派生类对象同样会有多个 vptr 相关情况。构造过程较为复杂，在构造派生类对象时，先构造虚基类子对象，在虚基类构造函数执行过程中（进入虚基类构造函数用户代码前）初始化其对应的 vptr。然后按照继承列表顺序构造其他非虚基类子对象，同样在其构造函数执行过程中（进入非虚基类构造函数用户代码前）初始化对应的 vptr。最后执行派生类构造函数，会对所有 vptr 进行调整，以正确反映派生类的虚函数情况，包括虚函数的重写等。