多态问题
笔者校招面试时被问到了著名问题「C++ 与 Java 如何实现多态」，然后不幸翻车。过于著名反而没有去准备，只知道跟虚函数表有关。面试之后比较了 C++ 和 Java 多态的实现的异同，一并记录在这里。
C++ 多态的虚指针实现
首先讨论 C++. 多态也即子类对父类成员函数进行了重写 (Override) 后，将一个子类指针赋值给父类，再对这个父类指针调用成员函数，会调用子类重写版本的成员函数。简单的例子：
class Parent1 {
public:
virtual void sayHello() { printf("Hello from parent1!n"); }
};
class Child : public Parent1 {
public:
virtual void sayHello() { printf("Hello from child!n"); }
};
int main() {
Parent1 *p = new Child();
p->sayHello(); // get "Hello from child!"
}
首先需要明白，对于底层实现而言，成员函数就是第一个参数为对象指针的函数，编译器自动将对象指针添加到函数参数中并命名为 this 指针，除此之外与普通函数并无本质不同。对于非多态的成员函数调用，与非成员函数调用过程基本是一致的，根据参数列表（参数列表中包含对象指针类型）和函数名在编译时确定实际调用的函数。
为了实现多态，不能只根据对象指针类型推断函数签名，也即例子中，p->sayHello() 这一行代码在执行时不能只根据 p 的类型确认调用的函数应该是 Parent::sayHello 还是 Child:sayHello。在多态机制下，每个类父类和子类都需要在其数据结构中多携带一个指针，这个指针指向该类的虚函数表。
类的虚函数表也即所有可能发生重写的函数指针表，对象创建时根据其实际类型决定其虚函数指针指向的虚函数列表。如在上文的例子中，Parent1 和 Child 类的虚函数列表都只有一个函数，分别是 Parent1::sayHello 和 Child::sayHello. 编译器在编译时将会把函数调用翻译为「引用虚函数表中的第 N 个函数」这样的指令，比如本例中翻译为「引用虚函数表中第一个函数」。在运行时读取虚函数表中真正的函数指针。运行时 CPU 代价基本是一次指针解引用和一次下表访问。
Parent1 和 Child 对象都没有自定义的数据结构。运行以下代码能够确认 Parent1 和 Child 对象的真实数据结构大小都是 8 字节，也即只有虚函数列表指针。把 Parent1 和 Child1 对象作为 64 位整数输出，可以看到 p1, p2 的值相同，p3 与前两者不同。这个值也即相应类的虚函数表地址。
Parent1* p1 = new Parent1();
Parent1* p2 = new Parent1();
Parent1* p3 = new Child();
printf("sizeof Parent1: %d, sizeof Child: %dn",
sizeof(Parent1), sizeof(Child));
printf("val on p1: %lldn", *(int64_t*)p1);
printf("val on p2: %lldn", *(int64_t*)p2);
printf("val on p3: %lldn", *(int64_t*)p3);
