c++ 和 c# 中的 vtables 是如何实现的？答案

【问题标题】：How are vtables implemented in c++ and c#?c++ 和 c# 中的 vtables 是如何实现的？
【发布时间】：2011-04-07 18:32:54
【问题描述】：

让我们有这种情况（在 c++ 中，在 c# 中类 A、B 是接口）：

class A { virtual void func() = 0; };
class B { virtual void func() = 0; };
class X: public A, public B { virtual void func(){ var = 1; } int var;};

X * x = new X; // from what I know, x have 2 vtables, is this the same in c#?
A * a = (A*)x; // a == x
B * b = (B*)x; // here b != x, so when calling b->func(), how is the address of var correct?

c# 编译器是否总是创建一个 vtable？投射时是否会修正指针？

【问题讨论】：

我想你的意思是a == x 和b != x。由于指针在堆栈上一个接一个地分配，它们都有一个不同的地址......尽管它们都应该指向同一个对象。
当然是我的错 :) 现在修好了，我忘了 a == b 比较地址

标签： c# c++ inheritance interface vtable

【解决方案1】：

如果我用 g++ 研究这个派生版本

class X: public A, public B { 
   unsigned magic;
 public:
   X() : magic(0xcafebabe) {};
   virtual void func(){ var = 1; } int var;
};

extern "C" int main() 
{
   X * x = new X; // from what I know, x have 2 vtables, is this the same in c#?
   A * a = (A*)x; // &a == &x
   B * b = (B*)x; // here &b != &x, so when calling b->func(), how is the address of var correct?
   printf("%p -- %p -- %p\n", x, a, b);

   unsigned* p = (unsigned*)((void*) x);
   unsigned *q = (unsigned*)(p[1]);
   printf("x=[%x %x %x %x]\n",p[0],p[1],p[2],p[3]);
   p = (unsigned*)(p[0]);
   printf("a=[%x %x %x %x]\n",p[0],p[1],p[2],p[3]);
   printf("b=[%x %x %x %x]\n",q[0],q[1],q[2],q[3]);

}

事实证明，在 C++ 中 b == a+1，所以 X 的结构是 [vtable-X+A][vtable-B][magic][var] 更深入地检查（nm ./a.out），vtable-X+a 包含对 X::func 的引用（正如人们所期望的那样）。当您将 X 转换为 B 时，它会调整指针，以便 B 函数的 VTBL 出现在代码期望的位置。

你真的打算“隐藏” B::func() 吗？

B 的 vtbl 看起来像持有对 X 的“蹦床”的引用，它在调用 X+A vtbl 持有的“常规”X::func 之前将对象指针恢复为完整的 X。

080487ea <_ZThn8_N1X4funcEv>:   # in "X-B vtbl"
_ZThn8_N1X4funcEv():
 80487ea:       83 44 24 04 f8          addl   $0xfffffff8,0x4(%esp)
 80487ef:       eb 01                   jmp    80487f2 <_ZN1X4funcEv>
 80487f1:       90                      nop

080487f2 <_ZN1X4funcEv>:        # in X-A vtbl
_ZN1X4funcEv():
 80487f2:       55                      push   %ebp
 80487f3:       89 e5                   mov    %esp,%ebp
 80487f5:       8b 45 08                mov    0x8(%ebp),%eax
 80487f8:       c7 40 14 01 00 00 00    movl   $0x1,0x14(%eax)
 80487ff:       5d                      pop    %ebp
 8048800:       c3                      ret

【讨论】：

你真的只是extern "C" main 吗？
嗯...不知道。看起来这不是我通常在其他 C++ 工具中做的事情。这只会影响名称修改和外部可见性，对吧？
这里很有趣））

【解决方案2】：

不要过于迂腐，但 C# 编译器不会涉及此级别。整个类型模型、继承、接口实现等实际上由 CLR 处理，更具体地说是 CTS（通用类型系统）。 .NET 编译器大多只生成表示意图的 IL 代码，随后由 CLR 执行，其中所有 Vtable 处理等都得到处理。

有关 CLR 如何创建和管理运行时类型的详细信息，以下链接将是一个很好的起点。最后解释了 MethodTable 和 Interface Maps。

http://web.archive.org/web/20150515023057/https://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx

【讨论】：

这个链接现在坏了——它只是指向 MSDN 杂志过刊的索引。要查看原始文章，请下载 2005 年 5 月的 .CHM 文件，取消阻止它，然后转到文章“JIT 和运行：深入了解 .NET Framework 内部结构以了解 CLR 如何创建运行时对象”。（或者，谷歌标题。）我会在链接中编辑，但似乎没有“官方”链接。
谢谢，我用回溯时光机的原文链接替换了链接。

【解决方案3】：

是的，托管语言中只有一个 v-table，CLR 不支持多重继承。当您转换为已实现的接口时，会有一个指针修复。

当尝试声明一个 COM 接口时，这是一个值得注意的问题，该接口本身是从 IUnknown 之外的另一个接口声明的。 this article's作者不太了解的问题。 COM 要求每个接口都有一个单独的 v-table，这正是支持 MI 的编译器所做的。

【讨论】：

如果只有一个vtable，c#如何支持菱形接口继承？
@Chris，如果您查看我在回答中提供的链接，您应该对它的工作原理有一个基本的了解。这里有一句名言“插槽的重复是必要的，以创建每个接口都有自己的迷你 vtable 的错觉。但是，重复的插槽指向相同的物理实现。”
钻石会引起麻烦，因为它变得不明确使用哪个实现。接口没有实现。只能有一个基类。

【解决方案4】：

vtables 是一个实现细节。没有官方/要求/预期的实施。不同的编译器供应商可以实现不同的继承。

【讨论】：