C++ 虚函数列表（虚函数表，vtable）

虚函数列表（通常称为虚函数表或vtable）是C++实现运行时多态（动态绑定）的关键机制。下面详细介绍虚函数表的相关内容：

1. 虚函数表的基本概念

• 虚函数表（vtable）：每个包含虚函数的类都有一个虚函数表，表中存储了该类所有虚函数的地址
• 虚指针（vptr）：每个对象内部有一个隐藏的指针指向该类的虚函数表
• 动态绑定：通过虚函数表在运行时确定调用哪个函数实现

2. 虚函数表的结构

对于这样一个类层次结构：

class Base {
public:
    virtual void func1() {}
    virtual void func2() {}
};

class Derived : public Base {
public:
    void func1() override {}
    virtual void func3() {}
};

虚函数表大致如下：

Base类的vtable:

[0] Base::func1() 的地址
[1] Base::func2() 的地址

Derived类的vtable:

[0] Derived::func1() 的地址  // 覆盖了Base的func1
[1] Base::func2() 的地址     // 继承自Base
[2] Derived::func3() 的地址  // 新增虚函数

3. 虚函数表的工作原理

Base* ptr = new Derived();
ptr->func1();  // 实际调用Derived::func1()

调用过程：

1. 通过对象的vptr找到vtable
2. 在vtable中找到func1对应的条目
3. 跳转到该地址执行

4. 虚函数表的特点

1. 每个类一个vtable：不是每个对象一个，同类的对象共享同一个vtable
2. 编译时创建：虚函数表在编译时生成，存放在程序的只读数据段
3. 继承关系： 派生类继承基类的vtable覆盖的虚函数会替换对应位置的函数指针新增的虚函数会追加到vtable末尾

5. 虚函数表的开销

1. 空间开销：每个包含虚函数的类有一个vtable每个对象多一个vptr（通常4或8字节）
2. 时间开销：虚函数调用需要间接寻址（多一次指针解引用）通常无法内联虚函数

6. 查看虚函数表的方法（GCC）

可以使用-fdump-class-hierarchy选项查看虚函数表布局：

g++ -fdump-class-hierarchy your_file.cpp

7. 虚函数表的实际应用

1. 动态多态的基础
2. **RTTI（运行时类型识别）**的实现依赖虚函数表
3. dynamic_cast的实现也依赖虚函数表

8. 注意事项

1. 构造函数不能是虚函数（因为此时vptr尚未初始化）
2. 析构函数通常应该是虚函数（特别是基类）
3. 虚函数表机制是编译器实现的，C++标准只规定行为，不规定实现方式

虚函数表是理解C++多态底层机制的关键，了解它有助于编写更高效的C++代码和调试复杂的继承问题。