C++ 中虚拟表的结构是什么？

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
           }
 };

对于 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。该指针恰好指向由 Tester 指针也指向的实例数据的开头，但只有使用 Tester 指针的调用者才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），该信息不在图表中。 vtbl 将包含附加类型信息，这些信息给出指向 Tester 实例的 IFoo 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。

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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

upcast 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

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。

在您的情况下：

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

plg & f 都将指向各自类型的有效对象，因为 t 都是从它们两者派生的。

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是编译器的实现细节。