詳解C++ 多態的實現及原理

C++的多態性用一句話概括就是：在基類的函數前加上virtual關鍵字，在派生類中重寫該函數，運行時將會根據對象的實際類型來調用相應的函數。如果對象類型是派生類，就調用派生類的函數；如果對象類型是基類，就調用基類的函數

  1：用virtual關鍵字申明的函數叫做虛函數，虛函數肯定是類的成員函數。 

  2：存在虛函數的類都有一個一維的虛函數表叫做虛表，類的對象有一個指向虛表開始的虛指針。虛表是和類對應的，虛表指針是和對象對應的。 

  3：多態性是一個接口多種實現，是面向對象的核心，分為類的多態性和函數的多態性。 

  4：多態用虛函數來實現，結合動態綁定. 

  5:純虛函數是虛函數再加上 = 0； 

  6：抽象類是指包括至少一個純虛函數的類。

純虛函數:virtual void fun()=0;即抽象類！必須在子類實現這個函數，即先有名稱，沒有內容，在派生類實現內容。

下面看下c++語言虛函數實現多態的原理

自上一個帖子之間跳過了一篇總結性的帖子，之后再發，今天主要研究了c++語言當中虛函數對多態的實現，感嘆于c++設計者的精妙絕倫

c++中虛函數表的作用主要是實現了多態的機制。首先先解釋一下多態的概念，多態是c++的特點之一，關于多態，簡而言之就是 用父類的指針指向其子類的實例，然后通過父類的指針調用實際子類的成員函數，這種方法呢，可以讓父類的指針具有多種形態，也就是說不需要改動很多的代碼就可以讓父類這一種指針，干一些很多子類指針的事情，這里是從虛函數的實現機制層面進行研究

在寫這篇帖子之前對于相關的文章進行了查閱，基本上是大段的文字，所以我的這一篇可能會用大量的圖形進行贅述（如果理解有誤的地方，煩請大佬能夠指出），接下來就言歸正傳：

首先介紹一下為什么會引進多態呢，基于c++的復用性和拓展性而言，同類的程序模塊進行大量重復，是一件無法容忍的事情，比如我設置了蘋果，香蕉，西瓜類，現在想把這些東西都裝到碗這個函數里，那么在主函數當中，聲明對象是必須的，但是每一次裝進碗里對于水果來說，都要用自己的指針調用一次裝的功能，那為什么不把這些類抽象成一個水果類呢，直接定義一個水果類的指針一次性調用所有水果裝的功能呢，這個就是利用父類指針去調用子類成員，但是這個思想受到了指針指向類型的限制，也就是說表面指針指向了子類成員，但實際上還是只能調用子類成員里的父類成員，這樣的思想就變的毫無意義了，如果想要解決這個問題，只要在父類前加上virtual就可以解決了，這里就是利用虛函數實現多態的實例。

首先還是作為舉例來兩個類，在之前基礎知識的帖子中提到過，空類的大小是一個字節（占位符），函數，靜態變量都在編譯期就形成了，不用類去分配空間，但是做一個小實驗，看一看在定義了虛函數之后，類的大小是多少呢

#include<iostream>
using namespace std;
class CFather 
{
public:
 virtual void AA()　　//虛函數標識符
 {
 cout << "CFather :: AA()" << endl;
 }
 void BB()
 {
 cout << "CFather :: BB()" << endl;
 }
};
class CSon : public CFather
{
public:
 void AA()
 {
 cout << "CSon :: AA()" << endl;
 }
 void BB()
 {
 cout << "CSon :: BB()" << endl;
 }
};
int main()
{
 cout << sizeof(CFather) << endl; 　　　　　　//測試加了虛函數的類
 system("pause");
 return 0;
}

很明顯類里裝了一個 4個字節的東西，除了整形int，就是指針了，沒錯這里裝的就是函數指針

先把這個代碼，給抽象成圖形進行理解，在這CFather為A，CSon為B

此時就是一個單純的繼承的情況，不存在虛函數，然后我new一個對象，A *p = new A；那么 p -> AA(),必然是指向A類中的AA()函數，那么函數的調用有兩種方式 一種函數名加（）直接調用，一種是利用函數指針進行調用，在這里我想要調用子類的，就可以利用函數指針進行調用，假設出來兩個函數指針，來指向B類中的兩個成員函數，如果我父類想要調用子類成員，就可以通過 p指針去調用函數指針，再通過函數指針去調用成員函數

，

每一個函數都可以用一個函數指針去指著，那么每一類中的函數指針都可以形成自己的一個表，這個就叫做虛函數表

那么在創建對象后，為什么類中會有四個字節的內存空間呢？

在C++的標準規格說明書中說到，編譯器必需要保證虛函數表的指針存在于對象中最前面的位置（這是為了保證正確取到虛函數的偏移量）。這意味著我們通過對象實例的地址得到這張虛函數表，然后就可以遍歷其中函數指針，并調用相應的函數。也就是說這四個字節的指針，代替了上圖中（p->*pfn）（）的作用，指向了函數指針，也就是說，在使用了虛函數的父類成員函數，雖然寫的還是p->AA(),實際上卻是，(p->*(vfptr[0])),而指向哪個虛函數表就由，創建的對象來決定

至此，就能理解如何用虛函數這個機制來實現多態的了

下面，我將分別說明“無覆蓋”和“有覆蓋”時的虛函數表的樣子。沒有覆蓋父類的虛函數是毫無意義的。我之所以要講述沒有覆蓋的情況，主要目的是為了給一個對比。在比較之下，我們可以更加清楚地知道其內部的具體實現。

無虛數覆蓋

下面，再讓我們來看看繼承時的虛函數表是什么樣的。假設有如下所示的一個繼承關系：

請注意，在這個繼承關系中，子類沒有重載任何父類的函數。那么，在派生類的實例中，Derive d; 的虛函表：

我們可以看到下面幾點：

1）虛函數按照其聲明順序放于表中。

2）父類的虛函數在子類的虛函數前面。

有虛數覆蓋

覆蓋父類的虛函數是很顯然的事情，不然，虛函數就變得毫無意義。下面，我們來看一下，如果子類中有虛函數重載了父類的虛函數，會是一個什么樣子？假設，我們有下面這樣的一個繼承關系。

為了讓大家看到被繼承過后的效果，在這個類的設計中，我只覆蓋了父類的一個函數：f()。那么，對于派生類的實例，其虛函數表會是下面的一個樣子：

我們從表中可以看到下面幾點，

1）覆蓋的f()函數被放到了虛表中原來父類虛函數的位置。

2）沒有被覆蓋的函數依舊。

這樣，我們就可以看到對于下面這樣的程序，

Base *b = new Derive();

b->f();

由b所指的內存中的虛函數表的f()的位置已經被Derive::f()函數地址所取代，于是在實際調用發生時，是Derive::f()被調用了。這就實現了多態。

總結

以上所述是小編給大家介紹的c++語言虛函數實現多態的原理,希望對大家有所幫助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時回復大家的。在此也非常感謝大家對億速云網站的支持！
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