C++单个类的所有对象是否共享虚函数表的验证

今天偶然看到这个面试题，第一感觉是既然所有对象共享虚函数代码，那么虚函数指针对所有对象就是一样的，因此虚函数表也就是一样的，没有必要为每个对象复制一份一模一样的虚函数表。所以做个验证，在这儿记录一下。如有错误，欢迎留言指正，感谢感谢。

1. 单一虚函数表

验证代码如下：

#include <bits/stdc++.h>using namespace std;
typedef long long ll;
class A
{
public:A() { cout << "A()" << endl; }virtual void f() { cout << "f()" << endl; }virtual void g() { cout << "g()" << endl; }virtual ~A() { cout << "~A()" << endl; }
};typedef void(*Func)();int main()
{A a1, a2;ll* vptr;vptr = (ll*)*(ll*)(&a1);cout << "a1虚函数表地址: "<< vptr << endl;Func f = (Func)(*vptr);cout << "a1.f()地址: " << (ll*)f << endl;f();f = (Func)*(vptr+1);cout << "a1.g()地址: " << (ll*)f << endl;f();vptr = (ll*)*(ll*)(&a2);cout << "a2虚函数表地址: " << vptr << endl;f = (Func)(*vptr);cout << "a2.f()地址: " << (ll*)f << endl;f();f = (Func)*(vptr + 1);cout << "a2.g()地址: " << (ll*)f << endl;f();return 0;
}

输出结果：

VS2017 x64平台	Ubuntu1604 64位(g++5.4.0)
A() A() a1虚函数表地址: 00007FF7FB04ADB8 a1.f()地址: 00007FF7FB041456 f() a1.g()地址: 00007FF7FB0414A1 g() a2虚函数表地址: 00007FF7FB04ADB8 a2.f()地址: 00007FF7FB041456 f() a2.g()地址: 00007FF7FB0414A1 g() ~A() ~A()	A() A() a1虚函数表地址:0x400f20 a1.f()地址: 0x400d3e f() a1.g()地址: 0x400d6a g() a2虚函数表地址: 0x400f20 a2.f()地址: 0x400d3e f() a2.g()地址: 0x400d6a g() ~A() ~A()

输出f和g的地址以及对f和g进行调用是为了验证程序的正确性。无论是VS还是g++，两个对象的虚函数表地址都是一样的，说明两个对象共享虚函数表。

2. 多个虚函数表

既然单一虚函数表类的对象都共享虚函数表，那么无论继承类的对象有多少个虚函数表，这些虚函数表应该都是共享的。下面验证：

#include <bits/stdc++.h>using namespace std;
typedef long long ll;
class A
{
public:virtual void fA() { cout << "fA()" << endl; }virtual void gA() { cout << "gA()" << endl; }
};class B
{
public:virtual void fB() { cout << "fB()" << endl; }virtual void gB() { cout << "gB()" << endl; }
};class C: public A, public B
{
};typedef void(*Func)();int main()
{C c1, c2;ll* vptr;vptr = (ll*)*(ll*)(&c1);cout << "c1虚函数表1地址: "<< vptr << endl;Func f = (Func)(*vptr);cout << "c1.fA()地址: " << (ll*)f << endl;f();f = (Func)*(vptr+1);cout << "a1.gA()地址: " << (ll*)f << endl;f();vptr = (ll*)*(ll*)(&c2);cout << "c2虚函数表1地址: " << vptr << endl;f = (Func)(*vptr);cout << "a2.fA()地址: " << (ll*)f << endl;f();f = (Func)*(vptr + 1);cout << "a2.gA()地址: " << (ll*)f << endl;f();cout << endl;vptr = (ll*)*((ll*)(&c1)+1);cout << "c1虚函数表2地址: " << vptr << endl;f = (Func)(*vptr);cout << "c1.fB()地址: " << (ll*)f << endl;f();f = (Func)*(vptr + 1);cout << "a1.gB()地址: " << (ll*)f << endl;f();vptr = (ll*)*((ll*)(&c2)+1);cout << "c2虚函数表2地址: " << vptr << endl;f = (Func)(*vptr);cout << "a2.fB()地址: " << (ll*)f << endl;f();f = (Func)*(vptr + 1);cout << "a2.gB()地址: " << (ll*)f << endl;f();return 0;
}

输出如下：

VS2017 x64平台	Ubuntu1604 64位(g++5.4.0)
c1虚函数表1地址: 00007FF6BACCBE18 c1.fA()地址: 00007FF6BACC12F3 fA() a1.gA()地址: 00007FF6BACC12B7 gA() c2虚函数表1地址: 00007FF6BACCBE18 a2.fA()地址: 00007FF6BACC12F3 fA() a2.gA()地址:00007FF6BACC12B7 gA() c1虚函数表2地址: 00007FF6BACCBE38 c1.fB()地址: 00007FF6BACC1244 fB() a1.gB()地址: 00007FF6BACC11DB gB() c2虚函数表2地址: 00007FF6BACCBE38 a2.fB()地址: 00007FF6BACC1244 fB() a2.gB()地址: 00007FF6BACC11DB gB()	c1虚函数表1地址: 0x401028 c1.fA()地址: 0x400d76 fA() a1.gA()地址: 0x400da2 gA() c2虚函数表1地址: 0x401028 a2.fA()地址: 0x400d76 fA() a2.gA()地址: 0x400da2 gA() c1虚函数表2地址: 0x401048 c1.fB()地址: 0x400dce fB() a1.gB()地址: 0x400dfa gB() c2虚函数表2地址: 0x401048 a2.fB()地址: 0x400dce fB() a2.gB()地址: 0x400dfa gB()

VS2017 x64平台

Ubuntu1604 64位(g++5.4.0)

c1虚函数表1地址: 00007FF6BACCBE18
c1.fA()地址: 00007FF6BACC12F3
fA()
a1.gA()地址: 00007FF6BACC12B7
gA()
c2虚函数表1地址: 00007FF6BACCBE18
a2.fA()地址: 00007FF6BACC12F3
fA()
a2.gA()地址:00007FF6BACC12B7
gA()

c1虚函数表2地址: 00007FF6BACCBE38
c1.fB()地址: 00007FF6BACC1244
fB()
a1.gB()地址: 00007FF6BACC11DB
gB()
c2虚函数表2地址: 00007FF6BACCBE38
a2.fB()地址: 00007FF6BACC1244
fB()
a2.gB()地址: 00007FF6BACC11DB
gB()

c1虚函数表1地址: 0x401028
c1.fA()地址: 0x400d76
fA()
a1.gA()地址: 0x400da2
gA()
c2虚函数表1地址: 0x401028
a2.fA()地址: 0x400d76
fA()
a2.gA()地址: 0x400da2
gA()

c1虚函数表2地址: 0x401048
c1.fB()地址: 0x400dce
fB()
a1.gB()地址: 0x400dfa
gB()
c2虚函数表2地址: 0x401048
a2.fB()地址: 0x400dce
fB()
a2.gB()地址: 0x400dfa
gB()

可以看出，c1和c2的两个虚函数表地址仍然是一样的。

结论：如果一个类有虚函数，那么这个类的所有对象共享一个虚函数表。