Hotspot源码解析-第二十章-虚函数表

这一章涉及到一个vtable（虚函数表）的概念，所以先从虚函数表讲起

20.1 虚函数表

​ 刚学Java入门的时候，有一个概念叫多态，这是面向对象语言都有的特性，C++也不例外，在C++中，虚函数的主要作用就是实现多态机制。多态就是用父类的指针指向子类的实例，再通过父类指针调用实际子类的成员函数，该技术可以让父类的指针有“多种形态”，所以叫多态，也是一种泛型技术。所谓泛型技术，就是试图使用不变的代码来实现可变的算法。比如：模板技术，RTTI技术，虚函数技术，要么在编译时决议，要么在运行时决议。

​ 这里只对虚函数的实现机制做一个清晰的剖析，并不会讲关于虚函数的使用。类似的文章在网上也都有，但是总感觉大多没说明白，或简短说不清，或冗余等。这篇文章就是为了把虚函数这个概念讲清楚，同理运用到Java多态概念中，也能适用。

虚函数表

在C++中虚函数的维护是通过一张虚函数表（Virtual Table）来实现的，简称V-Table/vtable。该表中用数组内存的形式维护着某一个类的虚函数的地址，每个类都有一个自己的虚函数表，通过这张表解决了继承、覆盖的问题。每一个有虚函数的实例中都分配了一个指针指向虚函数表，所以，当用父类的指针来操作子类的函数时，就是在虚函数表中去查找对应的函数地址。接下来，通过几个例子说明虚函数表的实现机制和作用。

先定义一个类：

// 以下是引用的代码片段：
class Base {
     public:
            virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
            virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }
            virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }
 
};

对于上面Base类，它的实例 Base b 的结构图如下所示：

图20-1

接下来再考虑几种继承情况

一般继承（无虚函数被覆盖）

假设Derive类继承了Base，如下图：

图20-2

子类Derive没重载任何父类的函数，那么，在派生类的实例：Derive d 中，虚函数表如下：

图20-3

总结特点：

1）虚函数按照其声明顺序放于表中。

2）父类的虚函数在子类的虚函数前面。

一般继承（有虚函数被覆盖）

图20-4

子类Derive重载了父类的f()函数，那么，在派生类的实例：Derive d 中，虚函数表如下：

```图20-5`

总结特点：

1）覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。

2）没有被覆盖的函数依旧。

// 以下是引用的代码片段：
 Base *b = new Derive();
 b->f();

由b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被Derive::f()函数地址所取代，于是在实际调用发生时，是Derive::f()被调用了。这就实现了多态。

多重继承（无虚函数覆盖）

先看看下面的多重继承关系图

图20-6

子类Derive的实例：Derive d 中，虚函数表如下：

图20-7

总结特点：

1） 每个父类都有自己的虚函数表。

2） 子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。（所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的）

这样做就是为了解决不同的父类的指针指向同一个子类实例，而能够调用到实际的函数。

多重继承（有虚函数覆盖）

看继承图

图20-8

子类Derive的实例：Derive d 中，虚函数表如下：

图20-9

三个父类虚函数表中的f()的位置被替换成了子类的函数指针。这样，我们就可以任一静态类型的父类来指向子类，并调用子类的f()了

// 以下是引用的代码片段：
Derive d;
Base1 *b1 = &d;
Base2 *b2 = &d;
Base3 *b3 = &d;
b1->f(); //Derive::f()
b2->f(); //Derive::f()
b3->f(); //Derive::f()

b1->g(); //Base1::g()
b2->g(); //Base2::g()
b3->g(); //Base3::g()

至此，关于虚函数表的概念已经讲清楚了，即简单又没有多余的废话。接下来，继续回到Hotspot源码层面。