C++之多态的实现原理

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深入了解多态的实现原理，有助于提高对于多态的认识

多态基础

多态的实现效果

多态：同样的调用语句有多种不同的表现形态

多态实现的三个条件

有继承、有virtual重写、有父类指针（引用）指向子类对象

多态的C++实现

virtual关键字，告诉编译器这个函数要支持多态；不要根据指针类型判断如何调用；而是要根据指针所指向的实际对象类型来判断如何调用

多态的理论基础

动态联编PK静态联编。根据实际的对象类型来判断重写函数的调用

多态的重要意义

设计模式的基础

实现多态的理论基础

函数指针做函数参数

C++中多态的实现原理

  • 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：
  • 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，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。
  • 出于效率考虑，没有必要将所有成员函数都声明为虚函数

关于多态的一些问题

多态是怎么一步步实现的？

  1. 使用virtual关键字时候，生成虚函数表
  2. 在函数调用时候判断是子类还是父类
  3. 调用相应的方法

对象中的VPTR指针什么时候被初始化？

对象在创建的时,由编译器对VPTR指针进行初始化
只有当对象的构造完全结束后VPTR的指向才最终确定
父类对象的VPTR指向父类虚函数表
子类对象的VPTR指向子类虚函数表

分析过程

构造函数中调用多态函数,不能实现多态
主要原因是：在构造函数调用的时候还没完成初始化
此时虚函数尚未指向完成
完成父类构造函数初始化才对vptr进行指向

如何证明vptr指针的存在哪？

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class AA
{
public:
	virtual void print()
	{
		printf("test\n");
	}
protected:
private:
	int b;
};

当存在virtual关键字时，sizeof(AA)得到8，而当此关键字不在的时候，得到4。这4个字节的内存空间装的就是这个函数指针

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