C++多态疑问：强制类型转换后调用虚函数为何触发非目标函数？

这是个非常典型的C++底层内存布局和未定义行为问题，咱们一步步把它说清楚：

首先明确：你的代码属于未定义行为 #

Class1和Class2是完全独立的两个类，没有任何继承关系，你用(Class1*)&object2这种C风格强制转换，本质上是在欺骗编译器——告诉它“这个Class2对象的地址就是Class1对象的地址”，但从C++类型系统的角度来说，这完全是非法的。

未定义行为的意思是：C++标准对这种情况的结果没有任何规定，程序可能崩溃、可能调用奇怪的函数、甚至可能看起来“正常运行”，一切都是不可预测的。你看到调用了h()只是巧合下的一种表现而已。

为什么会调用h()？——虚函数表的底层逻辑 #

几乎所有主流编译器（GCC、Clang、MSVC）对带虚函数的类，内存布局都是这样的：

• 对象的第一个成员是虚函数表指针（vptr），它指向该类的虚函数表（vtable）；
• 虚函数表是一个函数指针数组，里面按类声明的顺序存放着所有虚函数的地址。

具体到你的代码：

• Class1的虚表里只有一个条目：f()的地址（是第1个位置）；
• Class2的虚表里也只有一个条目：h()的地址（同样是第1个位置）。

当你把Class2对象的地址强制转换成Class1*后，指针p“误以为”自己指向的是Class1对象，于是它会：

1. 读取对象的第一个指针（也就是Class2的vptr）；
2. 去这个vptr指向的虚表里，取第1个位置的函数指针；
3. 调用这个函数——而这个位置正好是Class2的h()，所以就出现了调用h()的情况。

为什么可能触发程序异常终止？ #

这次只是刚好两个类的虚表都只有一个函数，位置对应上了。如果换一种情况：

• 比如Class1有两个虚函数f()、g()，Class2只有一个h()；
• 或者编译器对某个类的内存布局做了特殊优化；
• 或者类里还有其他非虚成员变量。

那当你用错误的指针去调用函数时，就可能读取到虚表里的无效地址，或者访问到不属于当前对象的内存，直接触发段错误、程序崩溃等异常。

关于多态的补充 #

你开头问“C++中多态是否可通过同名函数调用不同虚函数”——合法的多态必须基于继承关系：比如让Class2继承自Class1，并重写f()，然后用Class1*指针指向Class2对象，调用f()才是正确的多态用法，这时候编译器会正确地调用派生类的f()，完全不存在未定义行为。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者John Young