为何给C++类成员函数添加virtual关键字会引发编译错误？

原代码正常编译的情况 #

以下代码可以正常编译：

class Base{
public:
    int fcn(); // clause 2
};

int main() {
   Base b; // clause 1
}

原因很简单：创建Base对象b时，编译器只需要类的声明信息来确定对象的大小和布局，不需要成员函数fcn的具体定义——而且代码里根本没调用fcn，所以链接阶段也不会去寻找它的实现，自然不会报错。

添加virtual后的链接错误 #

当给fcn加上virtual关键字后，代码变成：

class Base{
public:
    virtual int fcn(); // clause 2
};

int main() {
   Base b; // clause 1
}

此时会触发链接错误，错误信息如下：

/usr/bin/ld: /tmp/ccVGJNMU.o: in function `main':
main.cpp:(.text+0x1e): undefined reference to `vtable for Base'
collect2: error: ld returned 1 exit status

错误原因解析 #

• C++规定，只要类包含至少一个虚函数，编译器就会为该类生成虚函数表（vtable）。这个表是一块内存区域，存储着类的所有虚函数的地址，用于实现运行时多态。
• 虚函数表的生成必须依赖虚函数的定义：如果只声明虚函数但不提供实现，编译器无法把该函数的地址填入虚函数表，也就无法生成完整的虚函数表。
• 当你实例化Base对象b时，编译器会在对象中插入一个指向虚函数表的指针（vptr）。链接阶段需要找到对应的虚函数表，但因为虚函数fcn没有定义，编译器无法生成这个表，链接器就会抛出"undefined reference to `vtable for Base'"的错误。
• 额外说明：如果把fcn声明为纯虚函数（virtual int fcn() = 0;），Base就变成抽象类，无法实例化对象，也就不会触发这个问题；但普通虚函数必须提供定义，哪怕它从未被调用。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者yapkm01