非虚函数调用虚函数时vtable与vptr的工作机制及案例解析

代码回顾 #

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
class Base
{
public:
    virtual void print()
    {
        cout << "Base class print function\n";
    }
    void invoke()
    {
        cout << "Base class invoke function\n";
        this->print(); // case: 1
        print();         // case: 2
        Base::print();   // case: 3
    }
};
 
class Derived: public Base
{
public:
    void print()
    {
        cout << "Derived class print function\n" ;
    }
    void invoke()
    {
        cout << "Derived class invoke function\n";
        this->print(); 
    }
};
 
int main()
{
    Base *b = new Derived;
    b->invoke();
    return 0;
}

核心逻辑拆解 #

首先明确：Base* b = new Derived; 创建的是Derived类实例，仅用Base类型指针指向它。该实例的内存头部继承自Base类，包含一个vptr（虚指针），这个指针指向的是Derived类的虚函数表（vtable），而非Base类的。

三个调用场景的具体机制 #

case: 1 this->print()

• this是当前对象的指针，静态类型为Base*，但实际指向的是Derived实例，动态类型为Derived*。
• 由于print是虚函数，调用时会通过this指向的对象中的vptr，找到对应的vtable，再调用表中存储的print函数地址。
• 流程：this（Derived实例） → vptr → Derived的vtable → Derived::print()

case: 2 print()

• 在成员函数中直接调用虚函数，C++编译器会自动将其解析为this->print()，和case1的执行逻辑完全一致，同样通过vptr和Derived的vtable找到Derived::print()。

case: 3 Base::print()

• 这里使用了作用域限定符::，明确指定调用Base类的print函数，会直接跳过虚函数的动态绑定机制，直接执行Base类的print实现，完全不涉及vptr和vtable。

内存布局与调用流程示意图（文本版） #

Derived 实例内存布局:
+-----------------------+
| vptr (指向Derived vtable) |
+-----------------------+
| Base类成员（若存在）     |
+-----------------------+
| Derived类成员（若存在）   |
+-----------------------+

Derived 虚函数表（vtable）:
+-----------------------+
| 函数地址: &Derived::print |
+-----------------------+

Base 虚函数表（vtable）:
+-----------------------+
| 函数地址: &Base::print    |
+-----------------------+

case1/case2 调用流程:
b (Base*) → Derived实例 → vptr → Derived vtable → Derived::print()

case3 调用流程:
直接跳转至&Base::print的地址执行，不经过vptr/vtable

代码运行输出 #

执行代码后会得到如下结果，验证上述逻辑：

Base class invoke function
Derived class print function
Derived class print function
Base class print function

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Kumar Roshan Mehta