C++类与对象笔记十四：多态二：多态的底层原理（C++程序员Must掌握）

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上一个案例中，我们先把父类中的virtual去掉。来看一下一般情况。

class Animal
{
public:
	void Speak()
	{
		cout << "动物会说话" << endl;
	}
};

此时Animal类只有一个非静态的成员函数。不属于类的对象上面。分开存储的。

int main()
{
	cout << "size of the Animal : " << sizeof(Animal) << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

此时Animal类类似于一个空类。空类默认大小为1字节。

验证方式：开发人员命令提示工具。

此时如果加上virtual：非静态成员函数变成虚函数。

#include<iostream>
using namespace std;


class Animal
{
public:
	virtual void Speak()
	{
		cout << "动物会说话" << endl;
	}
};

int main()
{
	cout << "size of the class Animal : " << sizeof(Animal) << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

变成了4个字节。原来Animal类是占一个字节，现在占4个字节。

验证方式：开发人员命令提示工具。

什么东西占四个字节：int类型、float类型、指针。

不论什么类型的指针都占四个字节。

底层原理：

父类中增加了virtual之后，类的大小变为了4字节。增加的这个量就是虚函数指针的大小。

vfptr:虚函数（表）指针（virtual function pointer）：指针指向虚函数表vftable(Virtual function table)。

表的内部，会记录一个虚函数的地址。virtual void Speak函数地址。为了记录函数的地址，还要加上一个作用域：Animal::Speak。

成员函数的函数地址要加上一个作用域。告诉编译器，这是Animal作用域下的一个成员函数。为了记录这个地址，还要在前面加一个取址符号&。

这样虚函数表中记录了虚函数的入口地址。

然后，我们用一个Cat类继承Animal。

先不写重写，看看情况：假设没有重写，就是普通的继承。

class Cat : public Animal
{

};

此时父类中的，所有内容全部复制一份过来。父类中的指针也要拿过来，即：子类中也有一个vfptr指针，指向子类的虚函数表。子类的虚函数表内部记录着虚函数。

但是当发生子类重写之后呢？

class Cat : public Animal
{
public:
	void Speak()
	{
		cout << "小猫喵喵叫" << endl;
	}
};

子类会把子类中虚函数表内容做一个覆盖操作。

即把虚函数表内部保存的虚函数入口地址，修改为子类自己重写的函数地址。

父类中的虚函数地址并未改变，修改的只是子类自己重写的虚函数地址。

当父类的指针或者引用指向子类对象时，发生动态多态。

Animal& animal = cat;

当赋值发生时，animal指向子类对象（cat或者dog）时，它会去子类中寻找这个重写的虚函数。如果没有重写，那么就执行子类继承的父类的虚函数。

动态多态：

当父类指针或者引用指向不同的子类对象时，比如指向Cat或者指向Dog的对象。那么就会动态（碰到哪个子类，就去找哪个子类）去寻找这两个子类的虚函数，如果没有，那就直接执行继承的虚函数。如果有，就多态（每个子类都有不同的继承和重写）的执行各自类别的重写的虚函数。

实现方式：虚函数表指针。

这个指针，指向虚函数表：虚函数表中存储的是虚函数的函数入口地址。子类会继承这个虚函数表指针，如果子类重写了这个虚函数，那么子类的虚函数表指针就会指向新的虚函数入口地址。（虚函数表指针指向的变更。）