#include<iostream>

using namespace std;

class B{	//基类
private:
	int m_n;
	double m_d;
public:
	int m_f();	//普通函数
	virtual int m_vf();	//虚函数
	virtual ~B(){}	//虚析构函数
};
int B::m_f()
{
	cout<<"B::m_f()..."<<endl;
	return 0;
}
int B::m_vf()
{
	cout<<"B::m_vf()..."<<endl;
	return 0;
}
class D : public B{	//派生类
public:
	int m_f();	//普通函数
	virtual int m_vf();	//虚函数
	~D(){}	//虚析构函数
};
int D::m_f()
{
	cout<<"D::m_f()..."<<endl;
	return 0;
}
int D::m_vf()
{
	cout<<"D::m_vf()..."<<endl;
	return 0;
}
void testFun(B *pB)
{
	pB->m_f();	//调用一般的函数
	pB->m_vf();	//调用虚函数
}
int main()
{
	//虚函数测试
	B b;
	D d;
	testFun(&b);
	testFun(&d);
	system("pause");
	return 0;
}

经测试可发现，在用指针调用成员函数时，如果函数是普通函数，则根据指针的类型来确定调用函数的版本，即基类指针只能调用基类中的函数。如果函数是虚函数，则会根据指针所指类型来确定调用函数的版本，如果指向的对象为派生类对象，则调用派生类中的函数版本。

那么编译器是如何根据类型来决定函数调用的呢？这要从虚函数的底层实现说起。

虚函数的底层实现

这个话题比较大，涉及C++中的对象模型，要从一般的成员函数是如何实现的说起。当我们在程序中定义一个类时，C++编译器不会为我们分配任何内存。只有在类被实例化成对象时才会为对象分配内存，而且只为类的数据成员分配内存，成员函数在对象所占用的内存块中没有任何体现。在调用这些函数时，编译器自动为函数添加this指针，通过this指针来访问对应的类对象。也就是说，成员函数在整个类中只有一份实现代码。对应的示意图如下：

但是，如果我们将类中的函数改为虚函数，那编译器为了实现多态机制，会做如下处理：

①为含有虚函数的类设置一个指针表。这个表就是我们说的虚函数表（Virtual table），虚函数表是和含有虚函数的类是一一对应的。每当我们定义一个含有虚函数表的类，都会产生一个虚函数表。表里放的内容就是这个类中所有虚函数的入口地址，即函数指针。

②在每一个类对象的内存块儿里附加一个指针，这个指针指向其类的虚函数表，这就是我们的虚表指针（vptr）。

经过上面这两个改动，现在的对象模型变成了如下图所示的样子：

这里要注意以下两个事实：一是父类和派生类对应不同的虚函数表，统一继承层次的不同派生类也对应不同的虚函数表。还是那句话，虚函数表和类的类型是一一对应的。二是虽然虚函数表不同，但对象中的虚表指针的位置确实相对固定的，也就是说，（在同一继承体现中的）所有类的对象在内存块儿同一偏移量处（图中假设偏移量为0）存放着虚表指针。

有了上面这两个事实，我们便可以推测编译器在实现多态时到底是如何做的了。让我们回到本文开始时的那份代码。当调用testFun()函数时，形参pB指针指向实参对象。当利用pB调用m_vf()时，编译器发现这是一个虚函数，于是编译器根据pB找到虚表指针，然后根据这个指针找到虚函数表，在虚函数表里查找名称类似pointer_to_m_vf()的函数指针，再通过这个指针找到对应的m_vf()代码，从而实现了多态调用。

通过上面的分析我们发现，虚表指针是实现多态的关键所在。正是由于对象中有这样一个根据类型变化的参数，多态调用才得以顺利进行。而且，如果我们省略中间虚函数表一步，又或者我们只有一个虚函数，那么虚函数表就可以省略。这样一来，多态便变成了这样一件事情：在一个对象中添加一个指针，用这个指针指向我们要调用的函数，然后将带有指针的对象传给某个过程，再由这个过程调用以前的函数。这种反射式的调用这就是函数指针的使用价值，从某种角度来说，函数指针是比多态更基础的一种概念。

函数指针

多态是通过函数指针的方式来实现的，而函数指针的使用可以实现出比多态更灵活的功能。正如前面已经提到的，虚表指针是编译器是根据对象的类型为对象自动添加的，所以一个类的所有对象都有同样的虚表指针，也就有对应着同样的虚函数表。这样最后的效果是同一类的对象调用同一套虚函数。假设我们自己为对象添加一个函数指针，在类的构造函数中对这个指针进行初始化。这样一来我们就可以为每一个具体的对象指定不同的“虚函数”了。简单的测试用例如下：