Как vtables реализованы в С++ и С#?

Чтобы не быть слишком педантичным, компилятор C# не вмешивается на этом уровне. Вся модель типов, наследование, реализация интерфейса и т. д. фактически обрабатываются CLR, а точнее CTS (Common Type System). Компиляторы .NET в основном просто генерируют код IL, который представляет намерение, которое позже выполняется CLR, где позаботятся обо всей обработке Vtable и т. Д.

Для получения подробной информации о том, как среда CLR создает типы среды выполнения и управляет ими, хорошей отправной точкой будет следующая ссылка. Ближе к концу объясняются таблица методов и карты интерфейса.

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

Если я изучу эту производную версию с помощью g++

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]);

}

Оказывается, в C++ b == a+1, поэтому структура для X выглядит следующим образом: [vtable-X+A][vtable-B][magic][var] проверяет глубже (nm ./a.out), vtable -X+a содержит ссылку на X::func (как и следовало ожидать). когда вы преобразовали свой X в B, он скорректировал указатели так, чтобы функции VTBL для B появлялись там, где этого ожидает код.

Вы действительно намеревались «скрыть» B::func() ?

vtbl B выглядит как ссылка на «трамплин» на X, который восстанавливает указатель объекта на полный X перед вызовом «обычного» X::func, который содержит X+A vtbl.

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    

Да, в управляемом языке существует только одна v-таблица, CLR не поддерживает множественное наследование. Существует исправление указателя при приведении к реализованному интерфейсу.

Это заметная проблема при попытке объявить COM-интерфейс, который сам объявлен из другого интерфейса, кроме IUnknown. Автор этой статьи не совсем понял эту проблему. Для COM требуется отдельная v-таблица для каждого интерфейса, как это делает компилятор, поддерживающий MI.

vtables - это деталь реализации. Официальной/необходимой/ожидаемой реализации нет. Различные поставщики компиляторов могут по-разному реализовывать наследование.