浅析C++中虚函数的调用及对象的内部布局1 (来自：lizhe1985)

在我那篇《浅析C++中的this指针》中，我通过分析C++代码编译后生成的汇编代码来分析this指针的实现方法。这次我依然用分析C++代码编译后生成的汇编代码来说明C++中虚函数调用的实现方法，顺便也说明一下C++中的对象内部布局。下面所有的汇编代码都是用VC2005编译出来的。虽然，不同的编译器可能会编译出不同的结果，对象的内部布局也不尽相同；但是，只要是符合C++标准的编译器，编译结果和对象的内部布局应该是大同小异。
首先，是一个有着简单继承关系的两个类：
class CBase
{
public:
virtual void VFun1() = 0;
virtual void VFun2() = 0;
void Fun1();
};
// 这里仅仅是为了生成函数的汇编代码，因此函数体为空
void CBase::Fun1()
{
}
class CDerived : public CBase
{
public:
virtual void VFun1();
virtual void VFun2();
void Fun2();
private:
int m_iValue1;
int m_iValue2;
};
// 这里仅仅是为了生成函数的汇编代码，因此函数体为空
void CDerived::VFun1()
{
}
// 这里仅仅是为了生成函数的汇编代码，因此函数体为空
void CDerived::VFun2()
{
}
// 这里是为了分析对象的内部布局，因此仅仅是给成员变量赋值
void CDerived::Fun2()
{
m_iValue1 = 13;
m_iValue2 = 13;
}
现在用下面的代码来调用成员函数：
CDerived derived;
// 用对象调用虚函数
derived.VFun1();
derived.VFun2();
// 用对象调用非虚函数
derived.Fun1();
derived.Fun2();
// 用指向派生类的基类的指针调用虚函数，实现多态
CBase *pTest = &derived;
pTest-＞VFun1();
pTest-＞VFun2();
下面就是用VC2005编译上面的代码后生成的汇编代码：
CDerived derived;
0041195E lea ecx,[derived]
00411961 call CDerived::CDerived (411177h)
// 代码段1
derived.VFun1();
00411966 lea ecx,[derived]
00411969 call CDerived::VFun1 (411078h)
derived.VFun2();
0041196E lea ecx,[derived]
00411971 call CDerived::VFun2 (4111B8h)
derived.Fun1();
00411976 lea ecx,[derived]
00411979 call CBase::Fun1 (411249h)
derived.Fun2();
0041197E lea ecx,[derived]
00411981 call CDerived::Fun2 (4111BDh)
// 代码段2
CBase *pTest = &derived;
00411986 lea eax,[derived]
00411989 mov dword ptr [pTest],eax
pTest-＞VFun1();
0041198C mov eax,dword ptr [pTest] // 行1
0041198F mov edx,dword ptr [eax] // 行2
00411991 mov esi,esp
00411993 mov ecx,dword ptr [pTest]
00411996 mov eax,dword ptr [edx] // 行3
00411998 call eax // 行4
0041199A cmp esi,esp
0041199C call @ILT+495(__RTC_CheckEsp) (4111F4h)
pTest-＞VFun2();
004119A1 mov eax,dword ptr [pTest]
004119A4 mov edx,dword ptr [eax]
004119A6 mov esi,esp
004119A8 mov ecx,dword ptr [pTest]
004119AB mov eax,dword ptr [edx+4] // 行5
004119AE call eax
004119B0 cmp esi,esp
004119B2 call @ILT+495(__RTC_CheckEsp) (4111F4h)
通过对代码段1的观察我们可以发现：通过对象调用类的虚成员函数和调用非虚成员函数是相同的（对调用成员函数的汇编代码的分析可以看我的那篇《浅析C++中的this指针》）。也就是说，用对象是无法实现多态的。
下面主要来分析实现多态的代码段2。
行1、将pTest指针指向的地址前2个字（4个字节，也就是32位系统中一个指针的大小）的内容当成一个指针放到eax寄存器中
行2、将eax寄存器中的指针的值放入edx寄存器
行3、将dex寄存器中的指针的值放入eax寄存器
行4、调用eax寄存器指向的函数
这样分析似乎对怎样调用对象derived的虚函数VFun1()并不是很清楚。那么我们先来看下面的这张图：
这张图是一个假设的对象derived在内存中的内部布局图。指针pTest指向对象derived，而对象derived的前4个字节是一个虚表指针，指向虚函数表。
看着这张图再来分析上面的汇编代码就会清晰很多：
行1、取得虚表指针值放入eax寄存器中
行2、取得虚表指针的值放入edx寄存器中
行3、取得虚表指针指向的地址的值（也就是VFun1）放入eax寄存器中
行4、调用eax寄存器指向的函数
行5证明了上面图中对虚函数表的假设。第二个虚函数VFun2()的地址就是通过在第一虚函数VFun1()的地址加4（32位系统中一个指针的大小）而得到的。
通过上面的分析，可以得出C++中虚函数的调用方法：首先，取得对象中的虚表指针；然后，通过虚表指针找到相应的虚表；最后，通过在虚表内的偏移量找到相应的函数来调用。