深度解析C++中的虚函数

虚函数作为C++的重要特性，让人又爱又怕，爱它功能强大，但又怕驾驭不好，让它反咬一口，今天我们用CPU的角度，撕掉语法的伪装，重新认识一下虚函数。

虚函数是C++实现面向对象设计及多态特性的重要手段。没有虚函数，C++和C的区别就不大，都需要借助大量的“函数指针”，进行面向对象的程序设计（特别是功能扩展方面）。

有了虚函数的存在，函数指针的使用率大大降低，代码可读性，代码数量都能得到大幅度的改善。

最厉害的是，C++的虚函数实现机制，几乎同时在空间、效率上获得了最优解。

学习C++，虚函数是一条必经之路！

先来看两段简单代码

让我们先比较一下普通函数体与虚函数体有什么区别，显然，两个函数是完全一致的，虚函数跟普通函数一样，都会夹带一个隐藏参数this指针。所以，如你所见，虚函数在实现方面，跟普通函数没有任何区别。

让我们再看看调用它们的时候，会有什么不同

通过对比，大部分地方也是相同的，箭头指的那两条指令都是在输入：隐藏参数 this指针。唯一的区别是，调用普通函数时，call指令的目标地址在编译阶段就确定了，也就是所谓的“静态绑定”；但调用虚函数时，call指令只能根据rdx寄存器的值来确定函数的位置，也就是所谓的“动态绑定”。

再深入理解下这几条指令

原来当类A有虚函数的时候，类A就会偷偷生成一个隐藏成员变量，方便起见，我们给这个隐藏变量起一个名字：V（指针类型），V存放着虚函数表的地址，根据偏移，就可以得到要执行的vtest_1 的地址，将其存在寄存器rdx里面，随后一条：call rdx 指令，一个虚函数的调用就完成了。如果说，类的成员函数会夹带隐藏参数 this指针，还能接受的话，那么，我说类还会夹带隐藏变量V，你能接受吗？如果真的存在隐藏变量V，在哪里给V初始化呢？答案是在A的构造函数中，把V初始化成类A的虚函数表地址，如下：

尽管我没有写构造函数，编译器还是会给我 生成一个默认的构造函数 ，它一定、必须要帮我完成隐藏变量V的初始化。

当然，A有派生类B的话

那么隐藏变量V会在B的构造函数中被初始化为B的虚函数表地址，从而保证A、B的虚函数相互独立，井水不犯河水，但考虑到派生类B的构造函数，还会调用基类A的构造函数。因此，变量V一会儿会被初始化成类A的虚函数表，一会又会被初始化成类B的虚函数表，为了避免晕头，往往会禁止在构造函数里面调用虚函数。

小结一下：

1、虚函数在函数体的实现方面跟普通函数没有任何区别。

2、虚函数的调用需要借助类对象的隐藏变量 V(vptr)来完成，隐藏变量V(vptr)会在构造函数中被初始化成虚函数表的内存地址。

3、调用任何虚函数的套路都是一样的，唯一的区别是要根据它们在虚函数表的位置设置正确的偏移量。

大家可以看看调用vtest_1()和调用vtest_2()的唯一区别是什么？

不得不佩服虚函数的实现方法，几乎同时在效率的空间上得到了最优解，因为虚函数的出现，函数指针的使用率大大降低，如果你还是被函数指针困扰的时候，或许可以考虑一下虚函数。