《从虚函数表到动态类型检查：C++多态机制的实现原理与高效应用指南》

前言：多态是C++面向对象设计的核心支柱之一，它让代码获得了优雅的灵活性和扩展性。然而，当你在代码中写下virtual关键字时，编译器背后究竟做了什么？虚函数表如何悄无声息地支撑起动态调用的魔法？运行时类型识别（RTTI）又如何在安全性与性能之间权衡？
本文将带你从编译器的视角出发，层层剖析多态的实现机制。

我们将从虚函数表的内存布局开始，探讨其如何实现动态绑定；接着深入RTTI的底层原理，分析typeid和dynamic_cast的开销与适用场景；最后结合现代C++特性（如final和override），讨论如何高效且安全地设计多态体系。

目录

1. 多态的概念

2.多态的定义

2.1虚函数

2.2虚函数的重写

2.3调用虚函数

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2.4协变与析构函数的重写

协变(基类与派生类虚函数返回值类型不同)

析构函数的重写(基类与派生类析构函数的名字不同）

3.C++11 override 和 final

final

override

4.重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

5.抽象类

接口继承和实现继承

6.多态的原理

虚函数表

虚表指针

动态多态的底层原理

派生类的虚表生成：

虚函数存在哪的？虚表存在哪的？

动态绑定与静态绑定

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1. 多态的概念

多态：通俗来说，就是多种形态，具体点就是去完成某个行为，当不同的对象去完成时会生出不同的状态。

举个栗子：比如买票这个行为，当普通人买票时，是全价买票；学生买票时，是半价买票；军人买票时是优先买票。

所以：

多态的本质：“一种接口，多种实现”

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2.多态的定义

C++ 中的多态分类：编译时多态（静态多态） 和 运行时多态（动态多态）

核心区别在于：确定调用哪个实现的时机（编译阶段 vs 运行阶段）

多态是在不同继承关系的类对象，去调用同一函数，产生了不同的行为。比如Student继承了 Person。Person对象买票全价，Student对象买票半价。

那么在继承中要构成多态还有两个条件：
 

1. 必须通过基类的指针或者引用调用虚函数
2. 被调用的函数必须是虚函数，且派生类必须对基类的虚函数进行重写

2.1虚函数

想理解这两个条件，我们首先得来了解一下虚函数和重写

虚函数：即被virtual修饰的类成员函数称为虚函数。（virtual 不能和 static 一起使用）

class Person {
public:
 virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl;}
};

2.2虚函数的重写

虚函数的重写(覆盖)：派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数(即派生类虚函数与基类虚函数的返回值类型、函数名字、参数列表完全相同)，必须是三同！，称子类的虚函数重写了基类的虚函数。

class Person {
public:
 virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};
class Student : public Person {
public:
 virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }
 
 /*注意：在重写基类虚函数时，派生类的虚函数在不加virtual关键字时，虽然也可以构成重写(因
为继承后基类的虚函数被继承下来了在派生类依旧保持虚函数属性),但是该种写法不是很规范，不建议
这样使用*/
 /*void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }*/
};
void Func(Person& p)
{ p.BuyTicket(); }
int main()
{
 Person ps;
 Student st;
 
 Func(ps);
 Func(st);
 return 0;
}

2.3调用虚函数

调用虚函数有两个点：

（1）参数类型必须是基类对象

（2）参数必须是引用或者指针

#include <iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
    virtual ~Person() {} // 建议添加虚析构函数
};

class Student : public Person {
public:
    virtual void BuyTicket() override { cout << "买票-半价" << endl; }
};

int main() {
    // 场景1：基类指针指向派生类对象
    Person* p1 = new Student();
    p1->BuyTicket();  // 输出："买票-半价"（多态调用）
    
    // 场景2：基类对象直接调用
    Person p2;
    p2.BuyTicket();   // 输出："买票-全价"
    
    // 场景3：派生类对象调用
    Student s;
    s.BuyTicket();    // 输出："买票-半价"

    delete p1; // 释放内存
    return 0;
}

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2.4协变与析构函数的重写

协变(基类与派生类虚函数返回值类型不同)