【原创】从汇编角度，理解C++虚函数表

行客

当通过指针访问类的成员函数时：

• 如果该函数是非虚函数，那么编译器会根据指针的类型找到该函数；也就是说，指针是哪个类的类型就调用哪个类的函数。
• 如果该函数是虚函数，并且派生类有同名的函数遮蔽它，那么编译器会根据指针的指向找到该函数；也就是说，指针指向的对象属于哪个类就调用哪个类的函数。这就是多态。
  

编译器之所以能通过指针指向的对象找到虚函数，是因为在创建对象时额外地增加了虚函数表。
如果一个类包含了虚函数，那么在创建该类的对象时就会额外地增加一个数组，数组中的每一个元素都是虚函数的入口地址。不过数组和对象是分开存储的，为了将对象和数组关联起来，编译器还要在对象中安插一个指针，指向数组的起始位置。这里的数组就是虚函数表（Virtual function table），简写为vtable。

我们首先从代码角度，来验证一下上面的说明：

我们首先用VC6，写一段代码：

1. #include <iostream>
   
2. using namespace std;
   
3. 
   
4. //基类Base
   
5. class Base{
   
6. public:
   
7.         int x;
   
8.         void Test()
   
9.         {
   
10.                 cout << "A" << endl;
    
11.         }
    
12. };
    
13. 
    
14. //派生类Derived
    
15. class Derived: public Base{
    
16. public:
    
17.         void Test()
    
18.         {
    
19.                 cout <<"B" <<endl;
    
20.         }
    
21. };
    
22. 
    
23. void Fun(Base *p)
    
24. {
    
25.         p->Test();        //多态
    
26. }
    
27. 
    
28. void main()
    
29. {
    
30.         Base a;
    
31.         Derived b;
    
32. 
    
33.         Fun(&b);
    
34. 
    
35. }
    

复制代码

输出结果为：
B
如果将main函数中的Fun(&b);修改为Fun(&a);，那输出结果为：
A
因此验证了如果该函数是虚函数，并且派生类有同名的函数遮蔽它，那么编译器会根据指针的指向找到该函数；也就是说，指针指向的对象属于哪个类就调用哪个类的函数。

当我们去掉Base类中virtual void Test()的virtual，修改为void Test()，那无论传入的是&b还是&a，那输出结果都是
A
因此验证了如果该函数是非虚函数，那么编译器会根据指针的类型找到该函数；也就是说，指针是哪个类的类型就调用哪个类的函数。


现在我们分析下虚函数表：如果一个类包含了虚函数，那么在创建该类的对象时就会额外地增加一个数组，数组中的每一个元素都是虚函数的入口地址。不过数组和对象是分开存储的，为了将对象和数组关联起来，编译器还要在对象中安插一个指针，指向数组的起始位置。这里的数组就是虚函数表（Virtual function table），简写为vtable。

首先看一下，非虚函数和虚函数的调用在汇编角度有什么区别。
还是去掉Base类中virtual void Test()的virtual，修改为void Test()，然后跟进汇编：

1. 25:       p->Test();  //多态
   
2. 00401188   mov         ecx,dword ptr [ebp+8]
   
3. 0040118B   call        @ILT+75(Base::Test) (00401050)        //在程序编译后，即将地址固化为00401050，即为Base::Test。

复制代码

我们可以看到，在非虚函数的情况下，函数的调用是编译时绑定（编译时绑定是指在程序执行之前，由编译器和连接器确定方法调用的目标），也就是直接调用。

如果还原为以上的示例代码，即为原来的虚函数模式，然后跟进汇编：

1. 25:       p->Test();  //多态
   
2. 004011A8   mov         eax,dword ptr [ebp+8]
   
3. 004011AB   mov         edx,dword ptr [eax]
   
4. 004011AD   mov         esi,esp
   
5. 004011AF   mov         ecx,dword ptr [ebp+8]
   
6. 004011B2   call        dword ptr [edx]        //程序编译后，地址为dword ptr [edx]，[edx]是一个可变变量，即地址非固定。

复制代码

我们可以看到，在虚函数的情况下，函数的调用是运行时绑定（运行时绑定是指在程序运行时，根据对象的实际类型确定方法调用的目标。运行时绑定也叫作动态绑定或后期绑定），也就是简间接调用。

这就是为什么虚函数能够调用派生类函数的在汇编层面的原因：虚函数是运行时绑定（也叫动态绑定或后期绑定）。

那我们继续分析上面的反汇编代码：
004011A8   mov         eax,dword ptr [ebp+8]        //使用［ebp+8]指定栈中存储的第1个参数,并将其读出到 eax 寄存器中。第一个参数为b对象的地址。
004011AB   mov         edx,dword ptr [eax]                //将b对象的地址的第一个双字节的数值，读出到edx。这个数值就是虚函数表的的地址，
004011B2   call                dword ptr [edx]                        //调用函数，函数地址即为虚函数表的第一个双字节值。

b对象的内存，开始的第一个dword的值为虚函数表的地址；因为就一个虚函数，所以虚函数表的第一个dword的值就是这次调用的函数地址。