动态类型、静态类型与面向对象继承：理解C++中的多态和虚函数-优快云博客

本文概述了动态类型和静态类型的区别，讨论了私有和公有继承在C++中的作用，重点讲解了虚继承、虚函数表及构造顺序，揭示了动态绑定在实现运行时多态中的核心作用。

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1. 动态类型和静态类型

动态类型：对象在运行时的类型。

静态类型：对象被定义的类型或表达式产生的类型，该类型在编译时是已知的。

对象的静态类型和动态类型不一致：当我们使用引用和指针操作一个对象时，基类的指针或引用可以指向派生类，此时，静态类型是基类的引用（或指针），而动态类型是派生类的引用（或指针）。

class Base {/* int func() */}  

class A : public Base {/* int func() */} 

// ！函数参数的静态类型是Base，具体的动态类型需要运行时才能知道
int Function(const Base &item) {/* 
    int ans = item.func();
*/}

// 正式调用
// 1. 传入Base对象，调用的函数版本是 Base::func()
Base b = new Base();
func(b);
// 2. 调用的版本是A::func()
A a = new A();
func(a);

在这段代码中，Function函数内要调用func，但具体调用哪个类的func()，在运行时由item的具体类型决定。

2. 私有继承和公有继承

这里涉及到继承的概念，不同的继承方式，主要改变了派生类对基类成员的访问权限。

私有继承：

基类的公有成员和保护成员在被派生类继承后，将变为派生类的私有成员，能够被派生类的成员函数直接访问；不能被这个派生类的子类访问。

同时基类的私有成员也会被派生类继承，但是这些成员不能被派生类的成员函数 or 派生类的对象（指针，引用）直接访问。

公有继承：

基类的公有成员和保护成员原样继承给派生类，能够直接被派生类中定义的成员函数访问；私有成员不能被派生类的成员函数 or 派生类的对象（指针，引用）直接访问。

3. 多重继承

从多个直接基类中产生派生类的能力。

构造函数调用顺序：最终基类（根部）—— 向派生类顺序遍历基类 —— 直接基类 —— 派生类。

析构函数：只负责清除派生类本身分配的资源。调用顺序与构造函数相反。

4. 虚继承

虚继承是多重继承的一种形式，基类被继承了多次，但是派生类共享该基类的唯一副本。

具体操作，使用virtual关键字，令某个类做出声明，承诺愿意共享它的基类，其中共享的基类子对象称为虚基类。在此策略中，无论虚基类在继承体系中出现多少次，在派生类中都只包含唯一一个共享的虚基类子对象。

// 表达等价
class A : public virtual Base {/* */}
class A : virtual public Base {/* */}

// Base是A，B的虚基类
class A : virtual public Base {/* */}  //  虚继承
class B : virtual public Base {/* */}  //  虚继承
class C : public A, public B {/* */}

// 这样C中只有一个Base基类部分

5. 虚继承的对象的构造顺序

构造函数调用顺序：根部虚基类 — 向派生方向依次构建间接虚基类 — 直接虚基类 — 第一个非虚基类 — 向派生方向依次构建非虚基类 — 派生类

析构顺序：相反

6. 虚函数表

定义：虚函数表属于类，不属于具体对象，本质是一个指针数组，数组中每个元素是类中虚函数的函数指针，调用虚函数需要经过虚函数表，它是动态绑定技术的核心。

6.1 C++实现了动态绑定的技术，即在运行中识别对象的具体类型，该技术核心是虚函数表。

6.2 每个包含虚函数的类都包含了一个虚函数表，派生类继承了包含虚函数的基类，那么这个类也拥有自己的虚表。

6.3 虚表是属于类的，不属于某个具体的对象，一个类只需要一个虚表，同一个类的所有对象共享一个虚表。

6.4 虚函数表是一个指针数组（数组中每个元素都是指针），其元素是虚函数的函数指针，每个元素对应一个虚函数的函数指针。

6.5 虚函数表指针 *__vptr

编译器在类中添加了一个指针，*__vptr，进一步告知每个对象需要指向的虚函数表，对象内部包含一个指针，指向所使用的虚函数表。

// 类A的虚函数表，有a(),b()两个虚函数的函数指针
class A {
public:
    virtual void a();
    virtual void b();
    void func();
}

// 类B继承自类A，因此也有自己的虚函数表
// B重写了虚函数a()，虚函数表指针分别指向A::b(), B::a()
class B : public A {
public:
    virtual void a();

}


int main(){
// 当执行到这里，会发现a是一个指针，并且调用的是虚函数
// 此时会根据a->__vptr来访问B的虚函数表，进一步调用B中的a()
    B b = new B();
    A *a = &b;
    a->a();
}

总结：把经过虚函数表调用虚函数的过程称为动态绑定，其表现出来的现象称为运行时多态。

！！！需要注意的是：普通函数即非虚函数，其调用并不需要经过虚表，所以虚表的元素不包括普通函数的函数指针。

7. 虚函数表和构造函数的调用 / 初始化顺序

7.1 在单独一个类、没有继承的情况

分配内存 — 虚函数指针赋值 — 列表初始化 — 执行构造函数体

7.2 有继承的情况

分配内存 — ( 基类虚函数表指针赋值 — 基类列表初始化 — 基类构造函数体执行 ) — 派生类虚函数指针赋值 — 派生类列表初始化 — 执行派生类构造函数体

!! 将虚表指针的赋值过程放置在初始化列表之前，防止在初始化列表出现调用虚函数的情况！！