一、前言
一直以来，对虚函数的理解仅仅是，在父类中定义虚函数，子类中可以重写该虚函数，并且父类指针可以指向子类对象，调用子类的虚函数（多态）。在读研阶段经历的几个项目中，自己所写的类中并没有用到虚函数，对虚函数这个东西的强大之处并没有太多体会。最近，学了设计模式中的简单工厂模式，对多态有了具体的认识。于是，补了补多态、虚函数、虚函数表相关的知识，参考相关博客，加上自己的理解，整理了这篇博文。
二、含有虚函数类的内存模型
以下面的类为例（32位平台下）：
class Father {
public:
virtual void fun1() { cout << "Father::fun1()" << endl; }
virtual void fun2() { cout << "Father::fun2()" << endl; }
int i;
};
该类中含有两个虚函数和一个成员变量i，输出sizeof(Father)，结果为8个字节。如果去掉virtual关键字，则结果为4个字节。也就是说，类中含有虚函数，则该类会增加4个字节，那这4个字节是什么变量所占据的呢？
答案是一个指针（我觉得应该是unsigned int*类型指针，这点不确定），在vs调试窗口中，可以看到该指针名为_vfptr，该指针称为虚函数表指针。
类的内存模型如下，_vptr指针和成员变量i各占4字节，一共8字节。另外 ,-vptr指针一定在内存模型前面。对于只有一个虚表指针的类来说，类内存模型前4个字节就是虚表指针所占空间。
三、虚函数表与虚函数表指针
上面提到_vfptr是虚函数表指针，那虚函数表是什么呢？
虚函数表其实就是一个指针数组，这个数组中存放着虚函数的地址，大概如下：
最后一个类似于字符串的结束标志位，VS编译器中为0。
这样的话，虚函数表指针就很容易理解了，这个虚函数表指针指向该虚函数表，也就是虚函数指针的值就是上述指针数组的首地址。
四、虚函数地址
函数存放在代码区，虚函数也不例外。虚函数表中存放的是虚函数地址，即代码区虚函数的入口地址。
五、多态
定义一个Father的子类Son，对虚函数fun1()进行重写。
#include<iostream>
using namespace std;
class Father {
public:
virtual void fun1() { cout << "Father::fun1()" << endl; }
virtual void fun2() { cout << "Father::fun2()" << endl; }
int i;
};
class Son :public Father {
virtual void fun1() { cout << "Son::fun1()" << endl; }
};
int main()
{
Son son;
Father father;
Father *p = &father;
p->fun1();
p->fun2();
p=&son;
p->fun1();
p->fun2();
return 0;
}
父类中有虚函数，则子类同样会有一个虚函数指针，这个指针指向一个新表，如下图所示：
Son类重写了fun1()，未重写fun2()，那么虚函数表中，第一个地址便是重写的Son::fun1()的地址，第二个地址仍然是父类中Father::fun2()的地址。这里可以在vs调试模式下，查看father与son的虚函数表，son表中第二个元素值与father表中第二个元素值相同。
Father *p = &father; p->fun1(); p->fun2();
p指向Father对象father：
p->fun1()：沿着框1->框3->框5的路径，调用Father::fun1()；
p->fun2()：沿着框1->框4->框6的路径，调用Father::fun2()；
p=&son; p->fun1(); p->fun2();
p指向子类对象son：
p->fun1()：沿着框7->框9->框11的路径，调用Son::fun1()；
p->fun2()：沿着框7->框10->框6的路径，调用Father::fun2()；
六、通过函数指针操作调用虚函数
现修改main函数
typedef void(*Fun)(void);
int main()
{
Father father;
Son son;
printf("虚函数表地址_vfptr:%p\n", *(unsigned int*)(&father));
printf("第一个虚函数地址e:%p\n", *(unsigned int*)*(unsigned int*)(&father));
printf("第二个虚函数地址f:%p\n", *((unsigned int*)*(unsigned int*)(&father)+1));
unsigned char* end = NULL;
end = (unsigned char*)((unsigned int*)*(unsigned int*)(&father) + 2);
printf("结束符地址d:%p\n", end);
printf("结束符值:%d\n", *end);
Fun pFun = NULL;
pFun = (Fun)(*((unsigned int*)*(unsigned int*)(&father) + 1));
pFun();
return 0;
}
运行结果：
先看一下vs调试模式下各变量的值
将之前的图修改一下，便于理解：
红框中，father中的_vfptr为0x1270234，对应上图中的_vfptr，即虚函数表的地址；
数组[0]值为0x01261447，对应上图中的e，即Father::fun1()的地址;
数组[1]值为0x0126141a，对应上图中的f，即Father::fun2()的地址。
好了，现在来看一下程序中这些看起来很唬人的东西：
printf("虚函数表地址_vfptr:%p\n", *(unsigned int*)(&father));
printf("第一个虚函数地址e:%p\n", *(unsigned int*)*(unsigned int*)(&father));
printf("第二个虚函数地址f:%p\n", *((unsigned int*)*(unsigned int*)(&father)+1));
unsigned char* end = NULL;
end = (unsigned char*)((unsigned int*)*(unsigned int*)(&father) + 2);
这里，直接用上图中的符号进行分析，否则，说一通xx的地址、对xx解引用等等，容易把人搞晕。
（1）虚函数表的地址*(unsigned int*)(&father)
注意，这里a0和a1的数值是一样的，但只有把地址a0强制转换成(unsigned int *)类型，解引用时系统才会从该地址向后解析4个字节空间，解析成一个unsinged int类型数据。
（2）第一个虚函数地址*(unsigned int*)*(unsigned int*)(&father)
（3）第二个虚函数地址*((unsigned int*)*(unsigned int*)(&father)+1)
（4）结束符地址(unsigned char*)((unsigned int*)*(unsigned int*)(&father) + 2)
（5）通过函数指针调用虚函数
Fun pFun = NULL; pFun = (Fun)(*((unsigned int*)*(unsigned int*)(&father) + 1)); pFun();
七、结语
这篇博文包含许多自己理解的内容，并在此基础上画了图解，如果有误，还请指正。
