C++ 对象模型 -- vptr 和 vtbl

是看侯捷老师讲解c++对象模型虚表和虚指针的笔记和程序验证。

先看两张关键的图吧，右边的三个基类和派生类 A，B，C。定义了两个虚函数，两个一般成员函数，以及几个成员变量。

只有在类中有虚函数时，才会有虚指针以及虚表。一般函数和变量是通过静态绑定方式，调用时通过call xxx（函数地址）访问；而虚函数则是通过对象指针 -> 虚指针- >虚表 -> 对应函数这个过程来访问，这也是动态绑定方式。

#include <iostream>
#include <type_traits>

class Base {
public:
    Base() {
        std::cout << "Base \n";
    }
    ~Base() {
        std::cout << "~Base \n";
    }

    virtual void vfunc1() {
        std::cout << "vfunc1 \n";
    }

    virtual void vfunc2() {
        std::cout << "vfunc2 \n";
    }

    void func1() { std::cout << "func1 \n"; }
    void func2() { std::cout << "func2 \n"; }

    int m_data = 1;

private:
    int m_data1;
    int m_data2;
};

class Sub : public Base {
public:
    Sub() {
        std::cout << "Sub \n";
    }
    ~Sub() {
        std::cout << "~Sub \n";
    }

    virtual void vfunc1() {
        std::cout << "sub vfunc1 \n";
    }

    void func2() { std::cout << "sub func2 \n"; }
};

class SubSub : public Sub {
public:
    SubSub() {
        std::cout << "SubSub \n";
    }
    ~SubSub() {
        std::cout << "~SubSub \n";
    }

    virtual void vfunc1() {
        std::cout << " SubSub vfunc1 \n";
    }

    void func2() { std::cout << "SubSub func2 \n"; }

    int m_data = 2;

private:
    int m_data1;
};

int main() {
    std::cout << "Hello World!\n";

    Base* cls = new SubSub();
    cls->vfunc1();
    cls->func2(); // 静态绑定，会调用这个类型的值。

    auto cls1 = new SubSub();
    cls1->func2();

    std::cout <<( typeid(cls1) == typeid(SubSub) )<<std::endl;
    std::cout << "m_data : " << cls->m_data << std::endl;
    auto obj = dynamic_cast<SubSub*>(cls);
    if (obj) std::cout << "m_data : " << obj->m_data << std::endl;
    

    SubSub s;
    Base& cls2 = s;
    cls2.vfunc1();
    cls2.func2();
    
    // 下面是假设vptr在对象的开头位置，尝试取出它，并对比。发现下面两个对象的vptr 值是一样的，符合预期。
    printf("cls1 vptr value : %p \n", *(&((int*)cls1)[0]));
    printf("cls2 vptr value : %p \n", *(&((int*)&cls2)[0]));


    return 0;
}

验证结果：

Hello World!
Base
Sub
SubSub
SubSub vfunc1
func2
Base
Sub
SubSub
SubSub func2
0
m_data : 1
m_data : 2
Base
Sub
SubSub
SubSub vfunc1
func2
cls1 vptr value : 0xb5d62d18
cls2 vptr value : 0xb5d62d18
~SubSub
~Sub
~Base

运行结束。