C++标准并没有规定虚函数的实现方式，只规定了虚函数需要在运行时动态分派函数。虚表是面向对象体系中常用来处理动态多态的，均衡了性能与用途，主流 C++ 编译器也都是采用的虚表。
目录
- 虚表
- 多继承与虚继承
- 虚函数的性能与开销
- 多态简介
- 静态与动态 static & dynamic
- 其他的话
虚表
先讨论简单继承的情况。编译期会给每个有虚函数的类生成一张虚表 (vtable)，表内是指向每个虚函数的函数指针。每个类对象会包含一个虚表指针 (vptr)，大小固定，虚表指针会指向该类的虚表。调用函数时，程序根据虚表指针指向的虚表来查找虚函数。
class Base
{
public:
virtual void func1() {}
virtual void func2() {}
};
class Derived1 : public Base
{
public:
virtual void func1() override {}
};
class Derived2 : public Base
{
public:
virtual void func2() override {}
};如果将这段代码的虚表显式写出来（Visutal Studio 可以通过 /d1 reportAllClassLayout 命令来看类的 layout）：
class Base
{
public:
virtual void func1() {}
virtual void func2() {}
private:
// void **vptr;
// vptr[0] = Base::func1(void);
// vptr[1] = Base::func2(void);
};
class Derived1 : public Base
{
public:
virtual void func1() override {}
private:
// void **vptr;
// vptr[0] = Derived::func1(void);
// vptr[1] = Base::func2(void);
};
class Derived2 : public Base
{
public:
virtual void func2() override {}
private:
// void **vptr;
// vptr[0] = Base::func1(void);
// vptr[1] = Derived::func2(void);
};vtable :
虚表是存放在编译器指定的位置的，虚表的长度和虚函数的个数成正比，每个类只有一个虚表。
基类的虚表内存储的就是基类的函数，子类如果 override 了父类的某个函数，则子类虚表的函数指针改为指向子类重写的函数，没有重写的则仍然指向父类的函数。如果子类添加了新的虚函数，则直接在子类虚表中添加新的函数指针。
vptr:
每个类的对象会被编译器插入一个虚表指针 vptr，这个指针和 this 不同，vptr 是存在于类对象内存里的，而 this 是由编译器管理的。在继承的时候，vptr 会自动指向继承类的虚表。
构造的时候，先调用基类构造函数，再调用继承类的构造函数，vptr在这个过程中也会指向继承体系中不同类的虚表，析构时也同理。所以不能在构造或析构函数里调用虚函数。
多继承与虚继承
假如有这种情况
class A {};
class B1 : A {};
class B2 : A {};
class C : B1, B2 {};因为 C 有两棵继承树 A - B1 - C 和 A - B2 - C，所以 C 会有两份 A 的成员变量，并且在构造时会执行两次 A 的构造函数，析构同理。如果这个体系中有虚函数，更是难以处理。
C++ 为我们提供了虚继承来解决这个问题。
class A {};
class B1 : virtual A {};
class B2 : virtual A {};
class C : B1, B2 {};这样编译器就可以避免 C 保存多份 A 的成员变量。C 也只会执行一次 A 的构造与析构函数。
对于这种 菱形继承 下虚表的情况，各种编译器的实现不一，可能会用到多层虚表，也可能会在继承树足够简单的情况下合并成虚表。具体实现就不再做讨论。
虚函数的性能与开销
空间开销
每个类多了一个虚表，存放函数指针数组，指针的个数与虚函数个数相同，这些会存放在程序的二进制文件里；每个对象多了一个函数指针 vptr，会占用运行时的内存。
存储数据较少，需要大量实例化的类，比如 Point，Vector，最好不要有虚函数，否则容量可能会翻倍。
时间开销
通过指针找虚函数表会多了一次或数次内存寻址，看起来不会造成很大的时间开销。如果深入体系结构的话，虚函数本身的机制其实和体系结构是由一定冲突的。
虚函数的 Cache 命中率不好。一般函数调用后指令可能就在函数地址附近，而虚函数很可能不在 cache 里，需要先在 cache 内载入虚函数表，导致指令和数据 cache 的命中率下降。虽然CPU 会预先预测程序的分支，但预测失败时会清掉整个流水线 (flush) 重来。虚函数内的地址本身就不确定，导致 CPU 预测难度较大，`lush 的次数多了，效率也就低了。
不过，面向对象并不是面向性能，有一定的 tradeoff 是正常的。如果追求性能，需要按照面向数据 (Data Oriented Design) 的思路来设计程序，这又是另一个话题了。
多态简介
在 C++ 中，虚函数是与多态分不开的，但在程序语言世界里，多态有更广义的解释。
多态 (Polymorphism) 是程序语言的一种特性，可以概括为”一个接口，多个方法”。拥有多态性的程序会根据对象的类别来执行不同的动作。
维基百科给多态分了三类：
1. Ad hoc Polymorphism，一个接口，能接受定义过的一些类型，例如 C++ 中的重载
2. Parametric Polymorphism，参数化多态，一个接口，不限定类型，例如 C++ 中的模板
3. Subtype Polymorphism，子类型多态，面向对象中，根据继承关系来确定行为，例如 C++ 中的虚函数
面向对象的三件套中，多态的目的是为了接口重用，封装是为了代码模块化，继承是为了扩展已存在的代码。其实每一个的实现都有不同的方法，虚函数，类，继承只是接触过最多的。
静态与动态 static & dynamic
静态多态与动态多态
多态分为静态多态和动态多态，静态与动态分别指的是编译期 (Compile time) 和运行时 (Runtime)。所以也可以称为运行时多态和编译期多态。相应的，变量定义时的类型叫做静态类型，比如基类指针的类型，运行时该指针指向的内容的类型称为动态类型。
在 C++ 中，静态多态包括 函数重载与运算符重载 (overload)，以及泛型编程使用的模板 (template)。C++ 的动态多态主要是通过 虚函数 (virtual) 实现的。
静态绑定与动态绑定
| 名字 | 时间 | 别名 |
|---|---|---|
| 静态绑定 | 编译期 | 早绑定 |
| 动态绑定 | 运行时 | 晚绑定 |
每个函数被编译好之后，都是有自己的地址的，函数的参数会与这个地址联系在一起，这个过程叫做绑定 (binding)。一般的函数地址和其参数是在编译时就绑定好了，称作静态绑定。而通过函数指针去调用一个函数，这个函数的地址会在运行时才和变量绑定到一起，这种情况被称作动态绑定，虚函数也是动态绑定的。
动态绑定需要再通过一个指针去找函数地址，比静态绑定要多一步，会慢一点，但更加的灵活。在某些情况中，函数的声明和定义是分开的，例如在调用库时，只知道函数的声明，函数的具体实现已经被编译成二进制文件了，就只能在运行时进行解析用了哪个函数。这样，函数实现就可以单独更新，可以升级库文件而不更改代码。这就是动态多态带来的好处之一。
虚函数会让
inline申请被忽略
inline 函数本来是要在编译期被整合进目标码里的，虚函数使用函数指针去调用函数，编译器并不知道调用的函数在那，就无法优化 inline 函数了。
其他的话
面向对象是为了实现多态而出现的，但同时也引入了继承与封装。封装与并行是有一定冲突的，封装要限制访问权限，而并行需要开放访问权限。而且，对象封装后的内存排列也不是 cache 友好的，封装是用 array of structure，而 CPU 或 GPU 更喜欢 structure of array。
面向对象与性能，并行是有一定冲突的。但对于程序语言来说, “no silver bullet”，没有一种程序语言能妥善处理所有的应用情景。根据应用情景去调节程序的设计才是该考虑的问题。