C++中的虚函数表是什么时期建立的？

虚函数表是在什么时期建立的？

　　最近参加阿里巴巴公司的内推，面试官问了“虚函数表是在什么时期建立的？”。因为以前对虚函数表的理解不够多，所以就根据程序构建（Build）的四个过程（预编译、编译、汇编和链接），推导出虚函数表应该是在编译期确定的，原因如下：

　　1）预编译器主要处理那些源代码文件中的以“#”开始的预编译指令，如“#include”、“#define”。很明显这个过程可以排除。

　　2）汇编器是将编译器生成的汇编代码转变成机器可以执行的指令，每一个汇编语句几乎都对应一条机器指令。汇编过程相对于编译期来说比较简单，没有复杂的语法，也没有语义，也不需要做指令优化，只是根据汇编指令和机器指令的对照表一一翻译就行了。所以，汇编期也是可以排除的。

　　3）链接器（现只考虑静态链接）是将汇编器生成的目标文件（和库）链接成一个可执行文件，本质上做的是重定位（Relocation）的工作，详细可参考《程序员的自我修养》2.3、2.4节。很明显链接期也是可以排除的。

　　4）编译器要做的事情就比较多了，包括词法分析、语法分析、语义分析及优化代码等，是整个程序构建的核心。所以，排除了预编译期、汇编期、链接期及考虑到编译期所做的事情，虚函数表应该是在编译期建立的。

　　

　　上边给出的答案还是有点不够全面，因为忽略了动态链接。不过，我们在《深度探索C++对象模型》的4.2节能够找到完美答案，具体摘抄如下：

　　“表格中的virtual functions地址是如何被建构起来的？在C++中，virtual functions（可经由其class object被调用）可以在编译时期获知。此外，这一组地址是固定不变的，执行期不可能新增或替换之。由于程序执行时，表格的大小和内容都不会改变，所以其建构和存取皆可以由编译器完全掌控，不需要执行期的任何介入。”

虚函数表

　　 C++中的虚函数的作用主要是实现了多态机制，即父类类别的指针（或者引用）指向其子类的实例，然后通过父类的指针（或者引用）调用实际子类的成员函数。多态机制可以简单地概括为“一个接口，多种方法”。

　　虚函数是通过一张虚函数表（Virtual Table）来实现的，简称为V-Table。在这个表中，主要是一个类的虚函数的地址表，这张表解决了继承、覆盖的问题，保证其真实反应实际的函数。这样，在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了这个实例的内存中，所以，当我们用父类的指针来操作一个子类的时候，这张虚函数表就显得极为重要了，它就像一个地图一样，指明了实际所应该调用的函数。

　　下边我们通过一个小程序来看看虚函数表到底是怎么样的？

 #include <iostream>
 using namespace std;

 class Base
 {
 public:
     virtual void fn() { cout << "In Base class" << endl; }
 };
 class Sub :public Base
 {
 public:
     virtual void fn() { cout << "In Sub class" << endl; }
 };

 void main()
 {
     Base bc;
     Sub sc;
 }

　　对这个程序调试，截图如下：

　　

　　由上图可知，虚函数表_vfptr已经将父类Base和子类Sub的相同函数fn动态绑定到对应的类上，而且地址不一样。

有关多态的值得注意的例子

不用多态

　　先看第一个程序：

 #include <iostream>
 using namespace std;

 class Base
 {
 public:
     void fn() { cout << "In Base class" << endl; }
 };
 class Sub :public Base
 {
 public:
     void fn() { cout << "In Sub class" << endl; }
 };

 void test(Base& b)
 {
     b.fn();
 }

 void main()
 {
     Base bc;
     Sub sc;
     test(bc);
     test(sc);
 }

　　函数输出如下：

　　

　　Sub对象sc在传递给test函数时，其另外添加的方法成员等（Sub）会被截掉，只剩Base部分，所以输出是In Base class而不是In Sub class。

利用多态

　　具体程序如下：

 #include <iostream>
 using namespace std;

 class Base
 {
 public:
     virtual void fn() { cout << "In Base class" << endl; }
 };
 class Sub :public Base
 {
 public:
     virtual void fn() { cout << "In Sub class" << endl; }
 };

 void test(Base& b)
 {
     b.fn();
 }

 void main()
 {
     Base bc;
     Sub sc;
     test(bc);
     test(sc);
 }

　　程序输出如下：

　　

　　这下程序就正确了。

　　其实还有另一种方法可以达成跟虚函数一样的效果，不过这并不是一种好的做法：

 #include <iostream>
 using namespace std;

 class Base
 {
 public:
     void fn() { cout << "In Base class" << endl; }
 };
 class Sub :public Base
 {
 public:
     void fn() { cout << "In Sub class" << endl; }
 };

 void main()
 {
     Base bc;
     Sub sc;
     bc.fn();
     sc.fn();
 }

　　具体输出如下：

　　

参考资料

　　《深度探索C++对象模型》

　　《程序员的自我修养》