C++中虚表的结构是怎样的？

Question

例如，我有两个“接口”和类类型：

class IPlugin
{
  public:
    virtual void Load(void) = 0;
    virtual void Free(void) = 0;
};

class IFoo
{
  public:
    virtual void Foo(void) = 0;
};


class Tester: public IPlugin, public IFoo
{
   public:
           Tester() {};
          ~Tester() {};

           virtual void Load()
           {
              // Some code here
           }

           virtual void Free()
           {
              // Some code here
           }

           virtual void Foo(void)
           {
              // Some code here
           }
 };

例如

Tester

类型的实例，vtab 实际上具有什么结构？表达式中的

dynamic_cast

运算符将如何执行（我的意思是

dynamic_cast

运算符如何扫描 vtab 以进行有效的引用类型转换）：

Tester* t = new Tester();
IPlugin* plg = dynamic_cast<IPlugin*>(t);
IFoo* f = dynamic_cast<IFoo*>(plg);  

提前致谢！

Answer 1

C++ 中的虚拟表是一个实现细节。下图显示了一种可能的实现方式。

存在该类的两个实例（A 和 B）。每个实例都有两个 vtbl 指针，并且 vtbl 包含指向实际代码的指针。

在您的示例中没有实例数据，但出于说明目的，我假设每个类都包含一些实例数据。

当指向

Tester

的指针转换为指向

IFoo

的指针时，指针将如图所示进行调整。它不是指向实例数据的开头，而是指向实例数据的

IFoo

部分。

巧妙的是，使用

IFoo

指针的调用者对类的

IFoo

部分周围的数据没有任何了解。对于使用

IPlugin

指针的调用者来说也是如此。该指针恰好指向实例数据的开头，该实例数据也由

Tester

指针指向，但只有使用

Tester

指针的调用者知道实例数据的整个布局。

使用

dynamic_cast

需要 RTTI（运行时类型信息），该信息未显示在图表中。 vtbl 将包含附加类型信息，给定一个指向

IFoo

实例的

Tester

指针，允许代码在运行时发现指针所指向的对象的实际类型，并使用它来向下转换指针。

Answer 2

对于 Tester 类型的实例，vtab 实际上具有什么结构？

虚拟调度的机制是实现定义的。 C++ 标准不需要 vtable 和 vptr，并且程序员甚至不需要使用 C++ 进行编程，因为您无法访问虚拟表（即使您的编译器实现了此功能）；它由编译器生成并添加到您的代码中，就像它在将代码转换为机器代码之前对您的代码做了很多事情一样。

---

Tester* t = new Tester();
IPlugin* plg = dynamic_cast<IPlugin*>(t);
IFoo* f = dynamic_cast<IFoo*>(plg);  

这里第二行不需要

dynamic_cast

。以下内容就足够了：

Tester* t = new Tester();
IPlugin* plg = t;                 //upcast          - dynamic_cast not needed
IFoo* f=dynamic_cast<IFoo*>(plg); //horizontal-cast - dynamic_cast needed

向上转型中不需要

dynamic_cast

；仅在向下投射和水平投射时需要它。

Tester* tester1 = dynamic_cast<Tester*>(plg); //downcast - dynamic_cast needed
Tester* tester2 = dynamic_cast<Tester*>(f);   //downcast - dynamic_cast needed

Answer 3

在 ISO/IEC 14882 第二版 2003-10-15 中不存在这样的术语 vptr，虚拟表，所以它完全取决于编译器实现者。

有关 impl 的信息。在微软的 Visual C++ 中： http://www.openrce.org/articles/files/jangrayhood.pdf

关于 impl 的文章。 g++ 中的虚拟表： https://web.archive.org/web/20090123142656/http://phpcompiler.org/articles/virtualinheritance.html

Answer 4

虚拟机制（虚拟指针和虚拟表）不是由C++标准定义的。编译器可以按照自己选择的方式实现该机制。它是编译器的实现细节。鉴于此，编译器如何实现虚拟机制的细节是从用户那里抽象出来的。重要的只是虚拟机制预期的行为。

您的情况：

Tester* t = new Tester(); 
IPlugin* plg = dynamic_cast<IPlugin*>(t); 
IFoo* f = dynamic_cast<IFoo*>(plg);   

plg

和

f

都将指向各自类型的有效对象，因为

t

都是从它们派生的。

当然，这并不能回答您提出的具体问题，而只是想澄清虚拟机制的细节，即编译器的实现细节。