36、C++的多态如何实现

C++的多态性,一言以蔽之就是:

在基类的函数前加上virtual关键字,在派生类中重写该函数,运行时将会根据所指对象的实际类型来 调用相应的函数,如果对象类型是派生类,就调用派生类的函数,如果对象类型是基类,就调用基类的 函数。

举个例子:

 例子中,Base为基类,其中的函数为虚函数。子类1继承并重写了基类的函数,子类2继承基类但没有 重写基类的函数,从结果分析子类体现了多态性,那么为什么会出现多态性,其底层的原理是什么?这 里需要引出虚表和虚基表指针的概念。

虚表:虚函数表的缩写,类中含有virtual关键字修饰的方法时,编译器会自动生成虚表

虚表指针:在含有虚函数的类实例化对象时,对象地址的前四个字节存储的指向虚表的指针

上图中展示了虚表和虚表指针在基类对象和派生类对象中的模型,下面阐述实现多态的过程:

(1)编译器在发现基类中有虚函数时,会自动为每个含有虚函数的类生成一份虚表,该表是一个一维数组,虚表里保存了虚函数的入口地址

(2)编译器会在每个对象的前四个字节中保存一个虚表指针,即vptr,指向对象所属类的虚表。在构造时,根据对象的类型去初始化虚指针vptr,从而让vptr指向正确的虚表,从而在调用虚函数时,能找 到正确的函数

(3)所谓的合适时机,在派生类定义对象时,程序运行会自动调用构造函数,在构造函数中创建虚表并对虚表初始化。在构造子类对象时,会先调用父类的构造函数,此时,编译器只“看到了”父类,并为父类对象初始化虚表指针,令它指向父类的虚表;当调用子类的构造函数时,为子类对象初始化虚表指针,令它指向子类的虚表

(4)当派生类对基类的虚函数没有重写时,派生类的虚表指针指向的是基类的虚表;当派生类对基类的虚函数重写时,派生类的虚表指针指向的是自身的虚表;当派生类中有自己的虚函数时,在自己的虚表中将此虚函数地址添加在后面

这样指向派生类的基类指针在运行时,就可以根据派生类对虚函数重写情况动态的进行调用,从而实现多态性。

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