cpp 的虚表到底是什么意思？

0x1 Binding

想弄明白虚表是什么首先要清楚绑定(binding)的概念。

绑定： 可以通过标识符(identifiers)->地址(address)。标识符是函数和变量都有的，但是今天我们为了学习函数，因此只讨论和函数有关的内容。

有两种绑定，early binding and late biding.

0x2 Early Binding

编译时遇到要调用函数时，已经具体调用哪个函数，当遇到调用的某个函数的时候，编译器会用一条指令去替换这个函数，帮助CPU跳到地址所在的函数入口，开始执行，这种 Binding叫Early Binding，也就是编译的时候就确定的绑定模式。

例如著名的A+B问题，就是一个常见的Early Binding。

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int add(int x, int y)
{
    return x + y;
}

int main(){
    add(3, 5); // 编译时绑定
}

0x3 Late Binding (Dynamic binding)

有时候，不到运行时（runtime）是不知道要调用哪个函数的，这就是所谓的 late binding, 我更喜欢它另一个名字 —— dynamic binding。s

那么在什么情况下，会出现 后绑定 的情况呢？

你想象一下，函数指针就是这样一种情况，不到运行时，永远不知道函数的具体是哪一个。

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#include <iostream>
int add(int x, int y)
{
    return x + y;
}

int main()
{
    int (*pFcn)(int, int) = add;
    std::cout << pFcn(5, 3) << std::endl; // add 5 + 3

    return 0;
}

显而易见，这相对于 early binding 是更加低效的，但是这又可以将函数作为参数传递。

0x4 Virtual Table

为了实现虚函数，C++ 使用了特定的形式的一种 late binding，设计了一个虚表（Virtual Table）来实现它。

虚表只是一个查询表（LookUp Table），有很多名字，“vtable”, “virtual function table”, “virtual method table” or “dispatch table"都是它的名字，我最喜欢最后一个名字，调度表 (dispatch table)。

每个类使用了virtual关键词的，都会得到一个虚表。这个表就是一个静态的函数表，每一个函数，都在虚表中有一个入口，指向最末尾（most-derived【继承链末端的】）函数。

0x41 *__vptr

每个类都会有有一个指针 *__vptr 指向虚表（类创建时自动创建）。

这个指针会指向虚表，并且表中存储这每个函数的入口。

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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() {};
};

1. Base 的 `*__vptr`

Base的*__vptr 指向了Base的虚表，上面有两个函数入口，function1() 和 function2() 分别指向了自己实现的两个virtual函数。

2. D1 的 `*__vptr`

D1 同样包含一个 *__vptr 指向了 D1 的虚表，其中因为 D1 实现了 function1() ，所以虚表中 function1() 指向了自己实现的那个，而 function2() 指向了Base中的那个

3. D2 的 `*__vptr`

D2实现了 function2() ，所以情况和D1相反。

画一张图就是这样

图片1：带锁的map

0x2 基类指针

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int main()
{
    D1 d1;
    Base *dPtr = &d1;

    return 0;
}

虽然dPtr是一个Base指针，但是其 __vptr 依然指向了 D1 的 __vptr 。

那么当调用 dPtr->functon1() 的时候会发生什么呢？

发现 function1() 是一个虚函数
使用 dPtr->__vptr 来获得 D1 的虚表。
决定要调用哪一个 function1()

0x5 总结

通过这些表，运行时可以知道究竟要调用哪个函数，但是这个操作会花去一些时间，主要体现在以下两方面。

通过 __vptr 查找虚表
通过虚表定位要执行的函数
再执行

对比直接调用（一次操作），和指针间接调用（两次操作），虚函数的调用需要三次操作，因此是比另外两种情况稍微慢一些。

建议，虚函数很酷，很有用，但是他不但会使得你的类比之前的稍微大一点，还会消耗稍微更多的性能。