C++ 多态原理

原创已于 2025-03-14 21:42:00 修改 · 485 阅读

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#c++ #开发语言 #算法

于 2024-10-30 16:44:15 首次发布

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一、多态是如何实现的？

二、虚表详析

三、动态绑定和静态绑定

用一个题目引入：

现有代码：

class Base
{
public:
	virtual void func()
	{
		cout << "Base:func()" << endl;
	}
protected:
	int _a=1;
	char _b='x';
};
void test1()
{
	Base obj;
	cout << sizeof(obj) << endl;
}

32位平台上输出的是12，按照我们之前学习的内容可知，类的大小实际上按照对齐规则计算类中成员变量的大小，那么这里应该是8；

输出12的原因：类含有虚函数，那么会类中会有一个指针（_vfptr），这个指针是一个指向函数指针数组的指针，也叫虚函数表指针或者虚表指针；指针的大小是4，指针指向一个数组，数组里面存放的是虚函数的地址，这个数组至少存放一个虚函数的地址；

这个指针不一定放在成员变量前面，这个根据平台而定；

一、多态是如何实现的？

在满足多态条件之后，程序运行到指向的对象的虚表中找到对应函数的地址进行调用；

父类有父类的虚表，子类有子类的虚表；

###代码演示：

class Person {
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};
class Student : public Person {
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-打折" << endl; }
};
class Soldier : public Person {
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-优先" << endl; }
};
void Func(Person* ptr)
{
	// 这⾥可以看到虽然都是Person指针Ptr在调⽤BuyTicket
	// 但是跟ptr没关系，⽽是由ptr指向的对象决定的。
	ptr->BuyTicket();
}
void test2()
{
	Person p1;
	Student st1;
	Soldier so1;
	Func(&p1);
	Func(&st1);
	Func(&so1);
}

二、虚表详析

1、对于基类，基类中的虚表存放基类所有虚函数的地址；

2、对于派生类，首先它继承基类中的虚函数表，两个虚函数表指针值不同，这个指针也指向基类中的那份虚函数表，那么派生类虚函数表中就存放有基类虚函数表中相同的函数地址，若是对其中某些虚函数进行了重写，那么派生类虚表的虚函数的地址就会改变；最后派生类虚表还有派生类自己的虚函数的地址；

###代码示例：

class A
{
public:
	virtual void func1()
	{
		cout << "A::func1()" << endl;
	}
	virtual void func2()
	{
		cout << "A::func2()" << endl;
	}
	void func3()
	{
		cout << "A::func3()" << endl;
	}
};
class B :public A
{
public:

};
class C :public A
{
public:
	virtual void func1()
	{
		cout << "C::func1()" << endl;
	}
	virtual void func2()
	{
		cout << "C::func2()" << endl;
	}
	virtual void func3()
	{
		cout << "C::func3()" << endl;
	}
};
void test3()
{
	A a1;
	B b1;
	C c1;
}

首先A是一个基类，那么它的虚函数表中有两个虚函数；然后是b1，B类中没有内容，但是它继承A，那么就继承了A中的虚表，但是两个虚表指针不同（也就是_vfptr），但是指向的虚表相同，所以a1和b1虚表中函数地址都相同；C也继承了A，但是C中对虚函数进行了重写，所以虚表中的函数地址也不同了，这里的c1 func3是要显示的，这里出错了。

3、虚函数和普通函数一样存放到代码段，虚函数表中存的只是这些虚函数的地址；

4、在vs下，虚函数表存放到代码段（常量区）

###代码示例：

class Base {
public:
	virtual void func1() { cout << "Base::func1" << endl; }
	virtual void func2() { cout << "Base::func2" << endl; }
	void func5() { cout << "Base::func5" << endl; }
protected:
	int a = 1;
};
class Derive : public Base
{
public:
	// 重写基类的func1
	virtual void func1() { cout << "Derive::func1" << endl; }
	virtual void func3() { cout << "Derive::func1" << endl; }
	void func4() { cout << "Derive::func4" << endl; }
protected:
	int b = 2;
};
void test4()
{
	int i = 0;
	static int j = 1;
	int* p1 = new int;
	const char* p2 = "xxxxxxxx";
	printf("栈:%p\n", &i);
	printf("静态区:%p\n", &j);
	printf("堆:%p\n", p1);
	printf("常量区:%p\n", p2);
	Base b;
	Derive d;
	Base* p3 = &b;
	Derive* p4 = &d;
	printf("Person虚表地址:%p\n", *(int*)p3);
	printf("Student虚表地址:%p\n", *(int*)p4);
	printf("虚函数地址:%p\n", &Base::func1);
	printf("普通函数地址:%p\n", &Base::func5);
}