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曜彤.手记

随记,关于互联网技术、产品与创业

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vtable 与 vptr


这个大众话题一直被放在 TODO 列表里,今天终于有时间来稍微写一下了。问题是之前有人在群里问能不能直接在 C/C++ 代码里访问类的 Virtual Table(后面简称 vtable),但事实情况是由于编译器的 ABI 不同,实际上对于 vtable 的具体结构和内存布局没有标准化的说明,因此不能按照想当然的方式来访问。本文我们来具体深入探究一下。

我们以最简单(不考虑多继承 \ 虚继承)的情况为例,比如给出如下这段代码:

class Base {
 public:
  virtual void foo() {
    std::cout << "Base::foo" << std::endl;
  };
  virtual void bar() {
    std::cout << "Base::bar" << std::endl;
  };
};
class A: public Base {
 public:
  void foo() {
    std::cout << "A::foo" << std::endl;
  };
};
class B: public Base {
 public:
  void bar() {
    std::cout << "B::bar" << std::endl;
  };
};
int main(int argc, char **argv) {
  A a;
  B b;
  a.bar();  // "Base::bar".
  b.bar();  // "B::bar".
  a.foo();  // "A::foo".
  b.foo();  // "Base::foo".
  return 0;
}

按照 vtable 与 vptr 之间的关系,每一个具有虚函数的类都会有一个对应的 vtable,且每个类中都有一个 vptr 指针指向自身的 vtable。相应的,多继承的类对象具有多个 vptr。vtable 中的每一项都是一个函数指针,分别指向对应该类对象在调用某个成员方法时,所应该实际调用的成员函数(the most-derived one)。两者的整体结构可大体归纳如下:

需要注意的是,vtable 的实际结构是由 ABI 决定的,比如对于 Itanium 64-bit 来说,vtable 的结构和布局可以参考【这里】。



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