深入理解vtable

一、vtable for

vtable（虛函數表）是C++中實現多態的機制之一，它是一個類的虛函數地址數組，vtable中存儲了虛函數的地址，通過指向vtable的指針來調用虛函數，實現動態綁定。

class Base {
public:
    virtual void print() { cout << "Base::print()" << endl; }
};
class Derived : public Base {
public:
    virtual void print() { cout << "Derived::print()" <print(); // Derived::print()
    return 0;
}

上面的代碼展示了vtable的使用方式，在上面的示例中，Base和Derived類都有一個vtable，如果使用Base類的指針指向Derived對象，再調用print函數，會動態綁定到Derived類的print函數，因為指向Derived對象的指針存放的是Derived類的vtable地址，裡面存儲了Derived類的print函數地址。

二、vegetable

vtable的實現是通過在每個類的對象中添加一個指向vtable的指針，任何虛函數調用都會轉化成對vtable指針的間接調用，進而動態綁定。這樣做會使得類對象變大，浪費內存。具體實現需要看各個編譯器的實現方式，例如某些編譯器會將vtable放在只讀區域中。

三、vtableholder

vtable不是一個動態分配的數組，而是編譯器靜態生成的一個表，它在編譯時就被確定下來。對於每個類，編譯器會在編譯階段產生一個大小固定的vtable，彙編代碼過程中所有調用該類虛函數的地方都會被修正到該類的vtable表上。

如果有多重繼承的情況，派生類中可能會有多個指針來指向不同的vtable，編譯器需要處理好這個多個vtable指針的問題，各個編譯器的實現會有所不同。GCC中使用的是vtable-holder技術處理多個vtable指針的問題。在每個對象頭中增加一個指針，指向一個vtable-holder結構，這個結構只有一個指向vtable的指針，其他vtable數據都依賴於這個指針進行計算。

四、table

vtable通過保證相同名稱、參數表、返回值類型（任意一項不同即成為不同的虛函數）的虛函數，使用相同的地址來實現，從而實現多態。vtable中的表項是按照虛函數在類中聲明的順序排列的，以確保正確的匹配。但是vtable並不是標準規範中定義的，它的實現是由具體的編譯器廠商實現的。

表格中的每一項都包括了虛函數的索引（在類的虛函數表中的索引），如果有重載的情況，還會有重載函數的來源地址信息。

五、vtable for class

vtable在每個類中是唯一的，它是一個包含所有虛函數指針的數組。如果一個派生類沒有定義虛函數，那麼它將會與基類共用同一個vtable。如果一個函數在基類中是虛函數而在派生類中沒有重寫，那麼派生類的vtable將會從其基類中繼承它的vtable。

在實現多重繼承時，派生類中可能有多個指針來指向不同的vtable。例如：如果Derived同時繼承A和B，則Derived的對象中將有兩個vtable指針，每個指針都會指向相應的vtable。當Derived中的某個虛函數在A中定義，其他虛函數在B中定義時，Derived中將會有兩個vtable的條目。

六、vtable for mainwindow

class A {
public:
    virtual void f() { cout << "A::f()" << endl; }
};
class B {
public:
    virtual void g() { cout << "B::g()" << endl; }
};
class C : public A, public B {
public:
    virtual void f() { cout << "C::f()" << endl; }
    virtual void g() { cout << "C::g()" <f(); // C::f()
    pb->g(); // C::g()
    return 0;
}

MainWindow是Qt中的一個類，其繼承關係可以參考上面的代碼示例中的多繼承的情況。MainWindow中有多個虛函數，對應着多個vtable，且每個派生類都繼承了其基類的vtable。如果使用A指向C對象的時候，雖然pa指向了一個C對象，但是通過pa->f()調用時，會動態綁定到C類的f函數，這與通過Derived指向A對象調用時類似。

七、vegetables

在C++編程中，虛函數表的概念非常重要。我們需要深入理解這個機制，包括它的實現細節和現實使用中的最佳實踐。在實現中要注意的一些問題包括：虛函數表的條目順序和名稱必須與類中聲明的順序和名稱完全匹配；虛函數表指針必須在類對象的布局中保持正確；vtable指針的位置是與編譯器有關的，不要將其視為可移植屬性。

八、vtable for 未定義的引用

在C++編程中經常出現“未定義引用”的問題，這通常會出現在使用虛函數時。如果類中定義了虛函數但是沒有實現，那麼當對象使用虛函數時，鏈接器就會報“未定義引用”的錯誤。可以通過將虛函數定義為純虛函數來解決這個問題：

class Base {
public:
    virtual void foo() = 0;
};

上面的示例代碼中，Base的foo函數被定義為純虛函數，這使得所有從Base繼承的派生類中，如果沒有實現foo函數，那麼鏈接器不會報錯。在Base的派生類中必須重載這個函數，否則派生類也會成為抽象類，不能被實例化。