🍐05-C++面试之多态底层实现：虚表和虚表指针
0 前述
针对于自己在秋招的面试中，对于CPP部分遇到的问题，其中大部分是以此为起点，你可以基于这些点，将自己对于CPP学习的知识点，串联起来。无论面试官，问这一类问题中的某个点，你都应该可以将这一个珠子串联到自己的知识链上来讲。这是一种拓展知识的能力。
在此专栏下面个人校招记录：回馈牛客，对CPP做一个小小的总结。
本部分关于CPP多态的底层实现的总结，从虚表和虚表指针的底层原理和调用流程，以及关于多态的经典案例来展开。
- 下面对应的是之前发布的个人校招其他公司面试总结，希望可以更好的帮到你
这里是CPP一些面试问题整理
1 多态的作用
大致总结：在基类的函数前加virtual关键字，可以在派生类中可以重写该函数。
通过运行时动态绑定，根据所指对象的实际类型来调用相应的函数。
1）如果对象类型是派生类，就调用派生类成员函数；
2）如果对象类型是基类，就调用基类的成员函数。
2 多态性底层基础
底层原理
1）虚表vtable：virtual function table：当类中含有virtual关键字修饰的方法时，编译器会自动为该类生成虚表；
2）虚表指针vptr：在含有虚函数的类实例化对象时，对象地址的前四个字节存储着指向虚表的指针。
调用流程
1）编译器在发现基类中有虚函数时，会自动为每一个含有虚函数的类生成一份虚表，该表是一个一维数组，表里的元素是虚函数的入口地址。
2）同时，编译器会在每个对象的前四个字节保存一个虚表指针vptr，其指向所属类的虚表。在构造时，根据对象的类型去初始化虚表指针vptr，让vptr指向正确的虚表，使得在调用虚函数时，能找到正确的函数。
3）**【关键】**所谓的合适时机，在派生类实例化对象时，程序会自动调用构造函数，在构造函数中创建虚表，并对虚表初始化。在构造派生类的对象时，会先调用基类的构造函数，此时编译器只“看到了”基类，并且为基类对象初始化虚表指针，令它指向基类的虚表；当调用派生类的构造函数时，接着为派生类对象初始化虚表指针，令它指向派生类的虚表。
4）当派生类对基类的虚函数没有覆盖（override），派生类的虚表指针直接指向基类的虚表；当派生类对基类的虚函数**有覆盖（override）**时，派生类的虚表指针指向自己的虚表；当派生类中有自己的虚函数时，将该虚函数地址添加在自己的虚表里面。
5）以上步骤总结：这样指向派生类的基类指针在运行时，就可以根据派生类对虚函数重写请况，进行动态调用，从而实现多态性。
C++多态经典案例应用
1）游戏程序实例：游戏中的人物，道具，建筑物，每个对象都由自己的属性和方法，不同对象也可能有共同的属性和方法。从而，这部分共同的部分，可以设计为base类，其他的可以在此基类上进行派生出来。
2）感觉微软的PPT好像也是这种模式，比如一个基类是基本的几何体性质，可以派生出一个矩形，还可以是正方形，在一个基类上进行override操作即可。
3 基类的虚表放在内存什么位置？
首先，根据虚表的特征来进行推断：
1）虚函数表是类中全局共享元素，即全局仅有一个，在编译时就构造完成。
2）虚函数表是一个一位数组，里面的元素是指针指向类里面的虚函数，而类中虚函数的在编译时间就可以确定，即虚函数的大小是确定的，不需要动态内存分配，所以不在堆上；类对象中的前四个字节存在一个虚表指针，即vptr指向虚表。这里可以推出虚函数表不是函数，也即不是程序代码，不可能存储在text代码段。
3）虚函数表类似类中的静态成员变量，静态成员变量也是全局共享、大小确定，最优可能在全局数据区，在Linux/Unix下存放在可执行文件的只读数据段中（rodata）,windows下在常量数据段。
4）虚表指针Vptr，对于有虚函数或者继承与拥有虚函数的类，对该类进行实例化时，在构造函数执行时会对虚表指针进行初始化，并且存在对象内存分布的最前面。
5）内存一般5区：栈区、自由区（不算）、堆区、全局数据区、常量区、代码段。参考C语言 08问题：内存五区 什么变量分别存储在什么区域，堆上还是栈上。
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