c++中虚函数（virtual function）是如何工作的_虚函数表与多态实现原理解析

虚函数通过vtable和vptr实现运行时多态：1. 含虚函数的类生成vtable存储函数地址，对象内含vptr指向该表；2. 派生类覆盖虚函数时更新vtable对应条目；3. 调用时通过vptr找到实际vtable，查表调用对应函数，实现动态分发；4. 存在轻微性能开销，构造函数和静态函数不能为虚，基类析构函数需声明为virtual以确保正确析构。

虚函数是C++实现运行时多态的关键机制。它的核心原理依赖于虚函数表（vtable）和虚函数指针（vptr），通过这两者在对象层面动态绑定实际调用的函数。

虚函数表与虚函数指针的基本结构

当一个类声明了虚函数或继承自含有虚函数的基类，编译器会为该类生成一个虚函数表。这个表本质上是一个函数指针数组，存储着该类所有虚函数的实际地址。

同时，编译器会在每个对象中插入一个隐式的指针——虚函数指针（vptr），它指向所属类的虚函数表。这个指针通常位于对象内存布局的最开始位置。

例如：

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编译器会为 Base 类创建一张 vtable，包含两个条目：func1 和 func2 的地址。每个 Base 对象内部都有一个 vptr 指向这张表。

继承与虚函数表的覆盖机制

派生类会继承基类的虚函数表结构，但可以重写（override）其中的函数。此时，派生类的 vtable 中对应条目会被更新为派生类版本的函数地址。

例如：

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Derived 类的 vtable 中，func1 指向 Derived::func1，而 func2 仍指向 Base::func2。每个 Derived 对象的 vptr 指向 Derived 的 vtable。

这种机制使得即使通过基类指针或引用调用虚函数，也能正确执行派生类的实现。

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多态调用的过程解析

考虑以下代码：

调用过程如下：

• ptr 是 Base* 类型，但它指向的是 Derived 对象
• 运行时，系统通过对象内部的 vptr 找到其实际的 vtable（即 Derived 的表）
• 在 vtable 中查找 func1 的条目，获取函数地址
• 跳转到 Derived::func1 执行

这个过程称为动态分发（dynamic dispatch），发生在运行时，而不是编译期。正是这一机制实现了“同一接口，多种实现”的多态特性。

性能与限制说明

虚函数调用比普通函数调用多一次间接寻址（查表），存在轻微性能开销。因此，不建议对频繁调用且无需多态的函数使用 virtual。

注意：构造函数不能是虚函数（因为对象尚未构建完成，vptr 未就绪），静态函数也不能是虚函数（不属于对象实例）。

虚析构函数例外——当基类指针可能指向派生类对象时，基类析构函数应声明为 virtual，确保正确调用派生类析构流程。

基本上就这些。虚函数表机制是 C++ 多态的底层支撑，理解它有助于写出更高效、安全的面向对象代码。

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