C++多态原理探究

最新推荐文章于 2024-05-23 21:51:57 发布

BUS375

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分类专栏： C++基础

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本文探讨C++中的多态原理，揭示虚函数与虚函数表之间的关系。通过解释虚函数表的作用，说明了为何含有虚函数的对象会包含一个指向该表的指针，以及如何在运行时通过动态联编实现多态调用。同时，文章提醒开发者，出于效率考虑，并非所有成员函数都需要声明为虚函数。

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例子引出

#include <iostream>
using namespace std;

class Parent
{
public:
	Parent(int a = 0)
	{
		this->a = a;
	}
	virtual void print()
	{
		cout<<"Parent"<<endl;
	}
	
protected:
private:
	int a;
	
};
class Child :public Parent
{
public:
	Child(int a = 0,int b = 0):Parent(2)
	{
		this->b = b;
	}
	void print()
	{
		cout<<"Child"<<endl;
	}
protected:
private:
	int b;
};
void howToPrint(Parent *p)
{
	p->print();
}
int main()
{
	Parent p;
	Child c;

	//cout<<sizeof(p)<<endl;//4  Parent类和Child类不加virtual关键字时
	//cout<<sizeof(c)<<endl;//8
	
	cout<<sizeof(p)<<endl;//8  当Parent类的print函数加virtual关键字时
	cout<<sizeof(c)<<endl;//12  Parent类和Child类的大小都增加了4个字节===vptr指针

	howToPrint(&p);
	howToPrint(&c);

	
	system("pause");
	return 0;
}

思考：C++是如何实现多态的呢？当我们不加virtual关键字的时候：

        cout<<sizeof(p)<<endl;//4  Parent类和Child类不加virtual关键字时
	cout<<sizeof(c)<<endl;//8

sizeof(p)是4个字节 sizeof(c)是8个字节，这很符合常理。但是当我们再父类Parent的print函数前加上virtual关键字的时候，

        cout<<sizeof(p)<<endl;//8  当Parent类的print函数加virtual关键字时
	cout<<sizeof(c)<<endl;//12  Parent类和Child类的大小都增加了4个字节===vptr指针

结果都增加了4个字节，这是为什么呢？

猜测，既然加上关键字virtual C++编译器实现了多态，那么这增加的4个字节很有可能有多态实现机制有关。

那么，让我们带着这个猜测去证明我们的设想！

说明，当类中声明虚函数时，编译器会在类中生成一个虚函数表

虚函数表是一个存储类成员函数指针的数据结构

虚函数表是由编译器自动生成与维护的

virtual成员函数会被编译器放入虚函数表中

存在虚函数时，每个对象中都有一个指向虚函数表的指针VPTR指针

说明1：通过虚函数表指针VPTR调用重写函数是在程序运行时进行的（动态联编），因此需要通过寻址操作才能确定真正应该调用的函数。

而普通成员函数是在编译时就确定了调用的函数，在效率上，虚函数的效率要低很多。

说明2：出于效率考虑，没有必要将所有成员函数都声明为虚函数。

说明：程序运行期间，当p指针指向Parent对象时，指针通过父类对象的VPTR指针查找父类对象的VTABLE找到要执行的函数的入口地址，调用父类的函数。

同理，当p指针指向Child对象时，指针通过子类对象的VPTR指针查找子类对象的VTABLE找到要执行的函数的入口地址，调用子类的函数。从而，实现了多态。