为什么只有在虚函数的情况下才需要虚表？

Question

来自http://www.learncpp.com/cpp-tutorial/125-the-virtual-table/，代码如下：

class Base
{
public:
    virtual void function1() {};
    virtual void function2() {};
};

class D1: public Base
{
public:
    virtual void function1() {};
};

class D2: public Base
{
public:
    virtual void function2() {};
};

生成一个类似于以下链接的虚拟表：http://www.learncpp.com/images/CppTutorial/Section12/VTable.gif，如上所示。虚拟表有其合理性，毕竟对象需要一种调用函数的方式，并且需要使用函数指针来查找它们。

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我不明白的是为什么只有在使用虚拟函数时才需要这样做？我肯定是遗漏了什么，因为虚拟表并不直接依赖于虚拟函数。

例如，如果正在使用的代码是：

class Base
{
public:
    void function1() {};
    void function2() {};
};

...

Base b;
b.function1();

如果没有虚表（意味着没有指向函数所在位置的指针），那么b.function1()调用会如何解决？

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或者说，在这种情况下，我们是否也有一个表，只是它不被称为虚表？如果是这样，那么问题就出现了：为什么我们需要一种新的虚函数表？

- Lazer

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请注意，vtable是一种实现细节。语言本身并没有对虚拟表的形式、功能甚至存在性做出任何要求。你的编译器可能会使用它，并且它可能看起来像你的图片。但也可能不是这样。 - Robᵩ

当你使用虚继承时，也会得到一个vptr。除此之外，如果不需要，为什么要创建vptr/vtable呢？ - PlasmaHH

Answer 1

如果没有虚拟表（也就是没有指向函数所在位置的指针），那么 b.function1() 的调用该如何解析？

编译器在解析和分析代码时，会有一个“指针”。编译器决定函数生成的位置，因此它知道如何解析对该函数的调用。与链接器协同工作，这一切都在构建过程中整洁地完成。

唯一不能使用这种方法的原因是对于 virtual 函数，调用哪个函数取决于只有在运行时才知道的类型；实际上，相同的函数指针完全存在于虚拟表中，并由编译器写入其中。只是在这种情况下，有多个可供选择的函数，而且要在编译器完全不再参与的很长时间后（可能是几个月甚至几年！）才能进行选择。

- Lightness Races in Orbit

Answer 2

已经有一个很好的答案了，但我会尝试一个稍微简单一些（虽然更长）的方法：

想象一个形式为非虚拟方法的函数

class A
{
public:
  int fn(int arg1);
};

相当于一个形式为自由函数的内容：

int fn(A* me, int arg1); // overload A

me 对应于方法版本中的 this 指针。

如果现在有一个子类：

class B : public A
{
public:
  int fn(int arg1);
};

这相当于一个类似于以下自由函数的函数：

int fn(B* me, int arg1); // overload B

请注意，第一个参数的类型与我们之前声明的自由函数不同 - 函数在第一个参数的类型上进行了重载。

如果您现在有一些调用fn()的代码，它将根据第一个参数的静态类型（编译时类型）选择重载：

A* p;
B* q;
// ...
// assign valid pointer values to p and q
// ...
int a = fn(p, 0); // will call overload A
int b = fn(q, 0); // will call overload B

编译器可以并且将在每种情况下确定要调用的函数，并且可以发出带有固定函数地址或地址偏移量的汇编代码。在这里，运行时虚拟表的概念是荒谬的。

现在，当我说将方法版本视为等效于自由函数版本时，您会发现在汇编语言级别上，它们是等效的。唯一的区别将是所谓的名称混淆，它在编译后的函数名称中编码类型并区分重载函数。您通过p->fn(0)调用方法的事实，也就是在方法名称之前使用第一个参数，纯粹是语法糖 - 尽管看起来像是在解引用指针p，但实际上并不是。您只是将p作为隐式的this参数传递。因此，继续上面的例子，

p->fn(0); // will always call A::fn()
q->fn(0); // will always call B::fn()

因为fn是一个非虚方法，这意味着编译器会在this指针的静态类型上进行分派，这可以在编译时完成。

虽然虚函数使用与非虚成员函数相同的调用语法，但实际上您正在对对象指针进行解引用；具体来说，您正在对对象类的虚表指针进行解引用。

- pmdj