C++多态的实现机制

1.静态联编与动态联编

　　　联编：是指一个程序模块、代码之间相互关联的过程

　　   静态联编(static binding)：是程序的匹配、连接在编译阶段实现，重载函数使用静态联编

 　　  动态联编：是指程序联编推迟到运行时进行，又称为迟联编。switch和if语句是动态联编的例子

1.多态的实现机制

1.用类定义对象的时候，如果类中包含有虚函数的话，C++编译器为每个对象编了一个一维的虚函数表（简称虚表）。这个虚函数表存储了类中虚函数的函数入口地址；

2.用类定义对象的时候，如果类中包含有虚函数的话，C++编译器还为每个对象分配了一个指向虚表起始地址的指针vptr;

3.当代码运行时，C++编译器首先判断父类指针调用的函数是不是虚函数。

如果不是虚函数，则是普通函数。如果函数实参传的是父类对象的地址（或父类对象的引用），则父类指针调用父类对象中的普通函数；如果实参传的是子类对象的地址（或子类对象的引用），则父类指针调用子类中继承自父类的普通函数。

如果是虚函数，则利用传递过来的实参的vptr指针找到虚表，根据虚表找到虚函数的入口地址，执行函数代码。这个过程C++编译器不需判断传来的实参是父类对象的地址（或引用）还是子类对象的地址（或引用），而是直接用传递过来的实参对象的vptr指针。

以如下的代码为例：

#include<iostream>
using namespace std;

class Parent
{
public:
    Parent(int _a):a(_a){}
    ~Parent(){cout<<"执行Parent类析构函数"<<endl;}
    virtual void print(){cout<<"打印Parent类 a:"<<a<<endl;}

public:
    int a;
};


class Child:public Parent
{
public:
    Child(int _a,int _a_,int _b):Parent(_a),a(_a_),b(_b){}
    ~Child(){cout<<"执行Child类析构函数"<<endl;}
    void print(){cout<<"打印Child类 b:"<<b<<endl;}

public:
    int a;
    int b;
};


void fun(Parent* p)
{
    p->print();
}



int main()
{
    Parent p(5);
    Child  c(20,30,40);

    fun(&p);
    fun(&c);
    
    return 0;
}

代码的执行结果为：

打印Parent类 a:5

打印Child类 b:40

执行Child类析构函数

执行Parent类析构函数

执行Parent类析构函数

关于vptr指针的几点说明：

1.代码中的fun()函数调用的print()函数是虚函数，则走的是vptr-->虚表-->虚函数代码这条路线。C++编译器执行fun()函数时，不需要区分是子类对象还是父类对象；

2.初始化子类Child的对象c时，c.vptr的初始化是分步进行的：当执行父类的构造函数时，c.vptr指向父类的虚函数表，当父类的构造函数执行完毕后，会把c.vptr指向子类的虚函数表；

3.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。因此，出于效率考虑，没有必要将所有成员函数都声明为虚函数；

对多态的理解：

多态的实现效果：同样的调用语句有多种不同的表现形态；

多态实现的3个条件：a.要有继承  b.有virtual重写  c.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，不是根据指针类型决定函数调用，而是要根据指针所指向的实际对象类型来决定函数调用；

多态的理论基础：静态联编PK动态联编，根据实际对象的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，框架的基石；

实现多态的理论基础：函数指针做函数参数；

多态的实现原理：C++编译器提前布局了一个vptr指针，利用vptr指针找到虚函数表，进而找到函数的入口地址，进行动态的迟绑定