c++多态与底层实现

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多态

C++的多态性是指在程序运行时，根据对象的实际类型来调用相应函数的功能。即，会在运行时表现出不同的性质。

多态分为两类：

  • 静态多态：函数重载与运算符重载属于静态多态，复用函数名。
  • 动态多态：派生类与虚函数实现运行时多态。

静态多态与动态多态的区别：

  • 静态多态的函数地址早绑定-编译阶段确定函数地址
  • 动态多态的函数地址晚绑定-运行时确定函数地址

动态多态的满足条件：

  • 有继承关系
  • 子类要重写父类的虚函数
    • 重写：函数返回值，函数名，参数列表完全

动态多态的使用

  • 使用父类的指针或者引用来执行子类的对象

底层实现

父类

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class Animal {
public:
	// 虚函数
	virtual void speak() {
		cout << "动物在说话" << endl;
	}
}

Animal 类的内部结构中有一个 vfptr，指向一个虚函数表 vftable，表内记录的是虚函数的地址：&Animal::speak()

虚函数的作用是允许在派生类中重新定义与基类同名的函数，并且可以通过基类指针或引用来访问基类和派生类中的同名函数。

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vfptr: 虚函数（表）指针
v: virtual
f: function

vftable: 虚函数表
v: virtual
f: function

子类

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class Cat : public Animal {
public:
	virtual void speak() {
		cout << "猫在说话" << endl;
	}
}

由于 cat 继承自 Animal，所以 cat 中也维护着一个 vfptr,指向一个 vftable，此时，该表中记录着父类的指针：&Animal::speak()。如果子类重写了父类的虚函数，则子类中的虚函数表内容会替换成子类的虚函数地址：&Animal::speak() -> &Cat::speak()