面试题：C++ 内存模型中的虚函数表与内存布局

虚函数表工作原理

动态绑定基础：在C++中，虚函数表（vtable）是实现多态性的关键机制。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，每个元素指向该类的一个虚函数的实际实现。
对象的vptr：每个包含虚函数的类的对象，都隐含地包含一个指向虚函数表的指针（vptr）。当通过指针或引用调用虚函数时，实际调用的函数是根据对象的动态类型，通过vptr找到虚函数表，然后从虚函数表中获取对应函数指针并调用。例如：

class Base {
public:
    virtual void func() { std::cout << "Base::func" << std::endl; }
};
class Derived : public Base {
public:
    void func() override { std::cout << "Derived::func" << std::endl; }
};
Base* ptr = new Derived();
ptr->func();

这里ptr虽然是Base*类型，但实际指向Derived对象，调用func时会通过Derived对象的vptr找到Derived的虚函数表，从而调用Derived::func。

内存布局方式

单继承：在单继承且基类有虚函数的情况下，对象内存布局中，vptr通常位于对象内存布局的起始位置，紧接着是对象的数据成员。例如：

class Base {
public:
    virtual void func() {}
    int data;
};

Base对象内存布局为：vptr（指向Base的虚函数表），然后是data。 2. 多继承且基类含虚函数：当一个类继承自多个含有虚函数的基类时，内存布局会变得复杂。每个基类都可能有自己的虚函数表。派生类对象的内存布局中，可能会有多个vptr，分别对应不同基类的虚函数表。例如：

class Base1 {
public:
    virtual void func1() {}
};
class Base2 {
public:
    virtual void func2() {}
};
class Derived : public Base1, public Base2 {
public:
    void func1() override {}
    void func2() override {}
};

Derived对象内存布局可能是：Base1的vptr（指向Base1虚函数表，其中func1可能被Derived::func1覆盖），Base1的数据成员（如果有），Base2的vptr（指向Base2虚函数表，其中func2可能被Derived::func2覆盖），Base2的数据成员（如果有），Derived自己的数据成员。

通过指针或引用访问虚函数表中的函数

通过对象指针：当有一个指向包含虚函数的类对象的指针时，编译器在编译时无法确定实际调用的虚函数版本。运行时，会根据指针所指对象的实际类型，通过对象的vptr找到对应的虚函数表，再从虚函数表中获取函数指针并调用。如上述Base* ptr = new Derived(); ptr->func();的例子。
通过对象引用：通过对象引用调用虚函数原理与指针类似。引用在底层也是通过指针实现的，同样会根据引用所绑定对象的实际类型，利用vptr找到虚函数表来调用相应虚函数。例如：

Base& ref = *new Derived();
ref.func();

这里ref绑定Derived对象，调用func时会通过Derived对象的vptr找到正确的虚函数。

注意，直接通过虚函数表指针（vptr）来访问虚函数表中的函数是不推荐且不安全的，因为虚函数表的布局是编译器相关的。但在一些极端的底层调试或研究场景下，可以通过类型转换和指针运算来间接访问，但这种做法非常依赖编译器实现细节。

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面试题：C++ 内存模型中的虚函数表与内存布局

知识考点

面试题答案

虚函数表工作原理

内存布局方式

通过指针或引用访问虚函数表中的函数