vptr - 虚函数表

Question

我还有一些不太明白。

我声明每个类时，都会有一个指向该类虚表的隐藏vptr成员。

假设我有以下声明：

class BASE
{
    virtual_table* vptr; //that's hidden of course , just stating the obvious
    virtual void foo();
}

class DERIVED : public BASE
{
   virtual_table* vptr; //that's hidden of course also
   virtual void foo();
   virtual void cho();
}

首先，我想了解一些事情，派生类和基类的vptr成员名称是否相同？

其次，在以下情况下会发生什么：

base* basic = new derived();

我明白了，基本变量获取派生类的vptr，但这是如何发生的？因为通常在进行转换时，派生类的基类部分（包括基类的vptr）应该被分配给基本变量，而不是派生类的vptr。如果两个类中有相同名称的变量，可能会有所不同，我不确定。

第三个也是最后一个问题： 当我有

 base* basic = new derived();

即使它是虚函数，是否有一种调用基类成员函数的基本方法？

谢谢

- Idan

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参见：https://dev59.com/e0rSa4cB1Zd3GeqPUTN0 - MaR

Answer 1

首先，是的，它是同一个成员变量。它在运行基类构造函数时自动分配第一次，并在运行派生类构造函数时分配第二次。（在默认空构造函数的情况下，基类的无用赋值被优化掉了。）

其次，没有真正的转换。事实上，派生可以被称为“是一个”关系。在这种情况下，派生“是一个”基类。如果你考虑派生对象的前几个字节，它们与基类对象的前几个字节具有相同的含义。

第三，你可以按如下方式调用基本成员函数：basic->base::foo();

- Didier Trosset

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你的意思是 basic->base::foo();。 - Janusz Lenar

如果基类的构造函数不为空，那么在基类构造时初始化vptr是必要的吗？ - choxsword

Answer 2

首先，虚拟表不是C++标准的一部分。C++编译器可以自由地实现虚函数。通常情况下，它们会使用虚拟表，但在这种情况下，它们可以以任何适当的方式实现。

在大多数常见的实现中，basic并没有得到derived的vptr；basic的*vptr将指向derived的vtable，这并不是完全相同的。basic只是一个指针，被指向的对象具有vptr。没有涉及任何转换。无论如何，vptr只是一个内部名称，用于实现细节。没有真正的类成员叫做vptr。

而且，你总是可以通过限定类名来调用任何基类函数（在你的情况下，basic->BASE::foo()）。

更新：仅供记录，我已经尝试在VC++2008中创建一个带有指针__vfptr的类（这是该编译器中vptr的内部名称），它按预期工作，尽管调试器对变量名称有点困惑。

- Gorpik

Answer 3

vtable（也就是虚函数表）会根据 DERIVED 是否覆盖了 BASE 中至少一个虚函数的实现而指向不同的地址。每个 BASE 的实例将拥有相同的 vtable 指针，DERIVED 同理。

当你执行以下操作时：

someobject->foo();

这被翻译成：

someobject->vtable[COMPILER_GENERATED_OFFET_FOR_FOO]();

vtable 是一个函数指针数组，其中某些虚函数（例如 foo）的偏移量对于类层次结构中的所有类都是相同的。

- Andreas Brinck

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“will point” 这个词有点过于强烈了，其实并不一定需要这样。编译器可以折叠虚函数表：如果至少有一个类没有重写任何虚函数，那么它的虚函数表开头将与基类的虚函数表相同。结果是你不能使用该值来标识一个对象。 - MSalters

Answer 4

关于第二个问题。（这不是标准中说明的，并且可以用其他方式实现，因此只需要从中提取一般思想。对于单继承层次结构来说，它也过于简化，多继承会使一切变得更加复杂。）

派生对象和基础对象的内存布局完全重合，只要基础对象的大小（包括编译器注入的任何数据）。这意味着一个具有“基础”类型的指针，实际上指向“派生”，实际上将指向可以解释为“基础”对象的一段内存，即使内容（vptr值）不同，布局也相同。

base          derived

base_vptr     base_vptr
base_attrs    base_attrs

              derived_vptr
              derived_attrs

当您创建一个derived实例时，编译器将调用适当的derived构造函数，其初始化列表以调用base构造函数开头。此时，vtable指针base_vptr被设置为指向基类的虚拟表，因此所有指针都指向base::method。在base构造函数完成后，在派生类中更新base_vptr，并将其设置为指向derived vtable，因此如果在derived中重写了该方法，则实例会指向derived::method。此时，derived_vptr指向在derived中添加的虚拟方法的派生vtable，并且将指向derived::new_method...

只是为了说明一点：vtable不一定存储指向实际方法的指针。在某些情况下，每当调用虚拟方法时都必须执行中间代码，这发生在多重继承时。随着派生类只能与其基类之一对齐（通常是声明的第一个基类），事情变得更加复杂。这就是事情真正变得棘手的地方。向上转型到base2会修改指针，使其指向可以直接解释为base2实例的内存位置，因此类型为base2的指针（内存位置）指向类型为derived的对象的内容将不会与指向同一对象的类型为derived的指针相符。此时，如果调用来自base2的虚拟方法，则系统必须执行一些魔法来重新计算传递给derived::method_from2虚拟方法的隐式this参数的正确位置（它必须指向整个derived对象而不仅仅是base2子对象）。

- David Rodríguez - dribeas

Answer 5

3). 可以这样做：.base* basic = new derived();

basic->BASE::foo(); // 将调用基类方法并在编译时解析。

2). 当类中没有虚拟内容时（如果派生类没有覆盖任何基类函数），是可能的，但如果派生类具有虚拟函数（已覆盖），为了实现运行时多态性，编译器必须通过派生类的vptr初始化基类的vptr，并增加代码。

1). 是的，接口函数原型必须相同，否则基类函数将被派生类函数隐藏（例如，如果参数在派生类函数中不同）。

- Ashish

Answer 6

从派生类调用父方法：旧问题

- Alex Weinstein

Answer 7

第一点: 是的：每个实例都将获得基类声明的成员变量。

第二点: 在这种情况下，您只能访问基类的成员。

第三点: 如果它是虚拟的，您可以调用它，只要它不是纯虚拟的（这意味着它没有任何实现，并且声明方式如下：virtual void foo() = 0;）。

- JohnIdol

Answer 8

您可以在这里查看vtable的实现细节；这是GNU编译器和其他一些主要的Unix编译器使用的方法。特别是“Vtable layout”示例页面非常有教育意义。

正如其他人所指出的，这是一个实现细节，C++标准本身对此没有明确规定。

- janneb