虚函数依赖vptr和vtable实现动态绑定,必须通过指针或引用调用;对象直接调用会切片并静态绑定;vtable是编译器生成的只读函数指针数组,按声明顺序排列,含重写后函数地址。

虚函数不是语法糖,它是编译器在对象内存布局里埋下的运行时跳转凭证——不理解 vptr 和 vtable,就只是会写 virtual 关键字而已。
虚函数调用为什么必须通过指针或引用
因为只有通过指针或引用,编译器才无法在编译期确定实际类型,从而触发动态绑定。直接用对象变量调用(如 Base b = Derived(); b.func();)会触发对象切片,func() 调用的是 Base::func,哪怕它被声明为 virtual。
- 对象本身没有
vptr字段;只有指针/引用指向的堆/栈对象,其起始地址处才存放着vptr -
sizeof(Base)会比无虚函数版本多出一个指针大小(通常是 8 字节),这就是为vptr预留的空间 - 派生类对象的
vptr指向自己的vtable,但该vtable中仍包含所有基类虚函数的地址(已被重写则填派生版,未重写则填基类版)
虚函数表(vtable)到底长什么样
vtable 是编译器生成的静态数组,每个含虚函数的类有且仅有一个,存放在只读数据段(.rodata)。它的每一项都是函数指针,顺序由虚函数声明顺序决定,与是否被重写无关。
例如:
立即学习“C++免费学习笔记(深入)”;
class Base { public: virtual void f() {} virtual void g() {} }; class Derived : public Base { public: void f() override {} // 重写 void h() {} // 新增,不进 vtable };
那么 Derived 的 vtable 是:{ &Derived::f, &Derived::g }(注意:第二项仍是 g,但指向的是 Base::g,除非 Derived 也重写了 g)。
-
vtable不存储函数名、参数类型或返回值,只存地址;RTTI(如typeid、dynamic_cast)靠额外的类型信息结构,和vtable分开 - 多重继承下,子对象可能有多个
vptr(每个基类子对象一个),vtable也可能分裂成多个 - 空虚函数(
virtual void f() = 0;)在vtable中填的是“纯虚函数调用”桩函数地址(如__cxa_pure_virtual),不是nullptr
override 和 final 怎么影响 vtable 填充
override 是编译期检查,不影响 vtable 内容;final 则禁止后续重写,编译器可能对调用做 devirtualization(内联优化),但前提是能确定静态类型 —— 这种优化不改变 vtable 结构本身。
- 没写
override但函数签名恰好匹配基类虚函数?照样进vtable,但容易因拼写/const 修饰符错位导致意外重写失败 - 写了
final的函数,在派生类中再声明同名函数会编译报错:Error: cannot derive from 'final' base class - 编译器对
final类的虚调用可能完全绕过vtable查找(比如Derived d; Base* p = &d; p->f();中若Derived::f是final,且编译器看到p实际指向Derived,就可能直接调Derived::f)
真正难啃的点不在语法,而在调试时看不到 vptr 和 vtable 的真实地址——它们不参与源码符号表,GDB 里得用 p/x *(void**)obj 手动解引用首字段才能看到 vptr,再用 p/x **(void**)obj 看第一个虚函数地址。面试问底层,就是在确认你有没有真 debug 过虚调用链。