虚函数是c++语言非常重要的机制，日常的c++编程工作中经常使用虚函数，通过汇编视角来探究虚函数的实现原理，有助于深刻理解虚函数的内部机制。尤其要说明的是：c++语法规范并没有规定虚函数的具体实现方案，不同的编译器实现方式可以不同，本文基于arm32平台，g++编译器来分析虚函数表的实现机制，基本主流编译器的原理基本是相似的，所以理解g++实现方案再去分析其他编译器的实现也是类似的。
2.示例代码class State {
public:
State(int id) {
this->mId = id;
}
State(const State &state) {
printf("State copy constructorn");
}
virtual void dump() {
printf("State mId:%dn", mId);
}
public:
int mId;
};
class AudioState : public State {
public:
AudioState(int id) : State(id) {
}
void dump() {
printf("AudioState mId:%dn", mId);
}
};
int main(){
printf("%dn" ,sizeof(AudioState));
State *ps = new AudioState(1);
ps->dump();
return 0;
}
代码编译和反汇编：
arm-linux-androideabi-g++ -pie -fPIE -o vtable vtable.cpp arm-linux-androideabi-objdump vtable > vtable.txt3. 虚函数调用实现基本原理
1. 如果是通过类指针调用相应的虚函数，通过vtable实现调用。
2. 如果子类重新实现了虚函数，vtable中对应项填写子类的函数（如上图），否则，填写父类德函数。
如下代码：
AudioState *ps = new AudioState(1); ps->dump();
调用dump函数的时候，首先从AudioState对象的vptr指针拿到虚函数表(vtable)，然后获取到虚函数表中dump函数对应的表项，所以最终调用到AudioState::dump函数。下面通过g++ arm汇编分析上述调用过程，帮助我们更深刻的理解虚函数实现原理。
4.虚函数调用实现1. AudioState虚函数表在哪里构建？
答：AudioState构造函数里面
下面分析AudioState的汇编代码：
000014b0 <_ZN10AudioStateC1Ei>:
14b0: e92d4810 push {r4, fp, lr}
14b4: e28db008 add fp, sp, #8
14b8: e24dd00c sub sp, sp, #12
//fp-16栈处存储对象指针，即对象首地址
14bc: e50b0010 str r0, [fp, #-16]
//fp-20栈处存储构造函数的参数，即id参数
14c0: e50b1014 str r1, [fp, #-20] ; 0xffffffec
//以下两行将r4 = 10abc(1500地址处的值) + 14d0 = 11F8c
14c4: e59f4034 ldr r4, [pc, #52] ; 1500 <_ZN10AudioStateC1Ei+0x50>
14c8: e08f4004 add r4, pc, r4
14cc: e51b3010 ldr r3, [fp, #-16]
14d0: e1a00003 mov r0, r3
14d4: e51b1014 ldr r1, [fp, #-20] ; 0xffffffec
14d8: ebffffd0 bl 1420 <_ZN5StateC1Ei>
//r3存储AudioState对象的首地址
14dc: e51b3010 ldr r3, [fp, #-16]
//r2从如下地址取值：ffffffa4(1504处的值, -92的补码） + r4= 11F8c - (5c) = 11F30
//r2 = [11F30] = 11c68, 11c68就是AudioState虚函数表
14e0: e59f201c ldr r2, [pc, #28] ; 1504 <_ZN10AudioStateC1Ei+0x54>
14e4: e7942002 ldr r2, [r4, r2]
//r2 取AudioState虚函数表的第三项（前面存储了typeinfo相关项）, r2 = 11c70
14e8: e2822008 add r2, r2, #8
//将r2 11c70这个地址存储对象的首地址，即vptr = 11c70
14ec: e5832000 str r2, [r3]
14f0: e51b3010 ldr r3, [fp, #-16]
14f4: e1a00003 mov r0, r3
14f8: e24bd008 sub sp, fp, #8
14fc: e8bd8810 pop {r4, fp, pc}
1500: 00010abc ; instruction: 0x00010abc
1504: ffffffa4 ; instruction: 0xffffffa4
00011c68 <_ZTV10AudioState>:
11c68: 00000000 andeq r0, r0, r0
11c6c: 00011c84 andeq r1, r1, r4, lsl #25
11c70: 00001508 andeq r1, r0, r8, lsl #10 //1508即AudioState::dump
11c74: 00000000 andeq r0, r0, r0
00001508 <_ZN10AudioState4dumpEv>:
1508: e92d4800 push {fp, lr}
150c: e28db004 add fp, sp, #4
1510: e24dd008 sub sp, sp, #8
1514: e50b0008 str r0, [fp, #-8]
1518: e51b3008 ldr r3, [fp, #-8]
151c: e5933004 ldr r3, [r3, #4]
1520: e59f2014 ldr r2, [pc, #20] ; 153c <_ZN10AudioState4dumpEv+0x34>
1524: e08f2002 add r2, pc, r2
1528: e1a00002 mov r0, r2
152c: e1a01003 mov r1, r3
1530: ebffff14 bl 1188
1534: e24bd004 sub sp, fp, #4
1538: e8bd8800 pop {fp, pc}
153c: 0000d434 andeq sp, r0, r4, lsr r4
根据上面汇编代码14ec行，最终将r2(11c70)存入r3中指向地址，其中r2时虚函数表的地址，对应的表项内容：1508，对应的是AudioState::dump函数地址，说明g++编译器会把vptr放在对象的开端处。
2. 虚函数调用流程？
答：通过vptr找到对应的虚函数
main函数的汇编代码：
000013d4: 13d4: e92d4810 push {r4, fp, lr} 13d8: e28db008 add fp, sp, #8 13dc: e24dd00c sub sp, sp, #12 13e0: e3a00008 mov r0, #8 13e4: fa000094 blx 163c <_Znwj> 13e8: e1a04000 mov r4, r0 13ec: e1a00004 mov r0, r4 13f0: e3a01001 mov r1, #1 13f4: eb00002d bl 14b0 <_ZN10AudioStateC1Ei> //将AudioState对象指针ps存储fp-16处 13f8: e50b4010 str r4, [fp, #-16] //ps指针读入r3 13fc: e51b3010 ldr r3, [fp, #-16] //vptr读入r3 1400: e5933000 ldr r3, [r3] //AudioState::dump虚函数地址读入r3，即1508 1404: e5933000 ldr r3, [r3] 1408: e51b0010 ldr r0, [fp, #-16] //跳转到dump函数执行 140c: e12fff33 blx r3 1410: e3a03000 mov r3, #0 1414: e1a00003 mov r0, r3 1418: e24bd008 sub sp, fp, #8 141c: e8bd8810 pop {r4, fp, pc}
注意：如果直接使用类对象调用虚函数，不会通过虚函数，汇编代码中可以看到回直接bl跳转相应对象的函数。
