1.4、虚函数是怎么实现的?它存放在哪里在内存的哪个区?
虚函数在C++中是通过虚函数表(vtable)和虚指针(vptr)机制实现的:
实现原理
当一个类中声明了虚函数,编译器会为该类生成一个虚函数表(vtable),这是一个静态的函数指针数组,存放该类所有虚函数的地址。每个对象实例内部会额外隐式包含一个指向该虚函数表的指针,称为虚指针(vptr)。调用虚函数时,程序通过对象的vptr找到对应的vtable,再通过索引调用正确的函数实现,从而实现运行时的动态绑定(多态)。
内存存放位置
虚函数表是编译器在编译期生成的静态数据,通常存放在程序的只读数据区(静态存储区)。虚指针作为对象的隐藏成员,存放在对象的内存布局中,即堆、栈或全局区中对象实例所在的位置。
生成时机
虚函数表在编译时生成,具体由编译器根据类的虚函数列表构建。虚指针则在对象构造时由构造函数自动初始化,指向对应类的虚函数表。
总结
虚函数的动态调用依赖于每个对象内的虚指针指向类的虚函数表,虚函数表存储了该类虚函数的实际地址,调用时通过虚指针间接调用,保证了多态的实现。虚函数表是编译期静态生成的,虚指针则在对象构造时设置,虚指针存储在对象内存中,虚函数表存储在静态数据区。
如果面试官进一步追问实现细节,可以补充:
虚指针位置编译器实现不同,有的放对象首部,有的放尾部,但一般放首部较多,便于快速访问。
虚函数表布局对继承层次结构保持一致,方便子类覆盖虚函数时替换对应表项。
构造函数和析构函数中虚指针的初始化和调整,确保对象生命周期内虚函数调用正确。
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