C 多型的實現及原理

c++的多型性用一句話概括就是：在基類的函式前加上virtual關鍵字，在派生類中重寫該函式，執行時將會根據物件的實際型別來呼叫相應的函式。如果物件型別是派生類，就呼叫派生類的函式；如果物件型別是基類，就呼叫基類的函式

1：用virtual關鍵字申明的函式叫做虛函式，虛函式肯定是類的成員函式。

2：存在虛函式的類都有乙個一維的虛函式表叫做虛表，類的物件有乙個指向虛表開始的虛指標。虛表是和類對應的，虛表指標是和物件對應的。

3：多型性是乙個介面多種實現，是物件導向的核心，分為類的多型性和函式的多型性。

4：多型用虛函式來實現，結合動態繫結.

5:純虛函式是虛函式再加上 = 0；

6：抽象類是指包括至少乙個純虛函式的類。

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

我們先看個例子

1 #include "stdafx.h"
2 #include 3 #include 4 using namespace std; 
5  6 class father
7 13 
14     void say()
15     
18 };
19 20 
21 class son:public father
22 28 };
29 30 void main()
31

輸出的結果為:

我們在main()函式中首先定義了乙個son類的物件son，接著定義了乙個指向father類的指標變數pfather，然後利用該變數呼叫pfather->say().估計很多人往往將這種情況和c++的多型性搞混淆，認為son實際上是son類的物件，應該是呼叫son類的say，輸出」son say hello」,然而結果卻不是.

從編譯的角度來看:

c++編譯器在編譯的時候，要確定每個物件呼叫的函式（非虛函式）的位址，這稱為早期繫結，當我們將son類的物件son的位址賦給pfather時，c++編譯器進行了型別轉換，此時c++編譯器認為變數pfather儲存的就是father物件的位址，當在main函式中執行pfather->say(),呼叫的當然就是father物件的say函式

從記憶體角度看

son類物件的記憶體模型如上圖

我們構造son類的物件時，首先要呼叫father類的建構函式去構造father類的物件，然後才呼叫son類的建構函式完成自身部分的構造，從而拼接出乙個完整的son類物件。當我們將son類物件轉換為father型別時，該物件就被認為是原物件整個記憶體模型的上半部分，也就是上圖中「father的物件所佔記憶體」，那麼當我們利用型別轉換後的物件指標去呼叫它的方法時，當然也就是呼叫它所在的記憶體中的方法，因此，輸出「father say hello」，也就順理成章了。

正如很多人那麼認為，在上面的**中，我們知道pfather實際上指向的是son類的物件，我們希望輸出的結果是son類的say方法，那麼想到達到這種結果，就要用到虛函式了。

前面輸出的結果是因為編譯器在編譯的時候，就已經確定了物件呼叫的函式的位址，要解決這個問題就要使用晚繫結，當編譯器使用晚繫結時候，就會在執行時再去確定物件的型別以及正確的呼叫函式，而要讓編譯器採用晚繫結，就要在基類中宣告函式時使用virtual關鍵字，這樣的函式我們就稱之為虛函式，一旦某個函式在基類中宣告為virtual，那麼在所有的派生類中該函式都是virtual，而不需要再顯式地宣告為virtual。

**稍微改動一下，看一下執行結果

1 #include "stdafx.h"
2 #include 3 #include 4 using namespace std; 
5  6 class father
7 13 
14     virtual void say()
15     
18 };
19 20 
21 class son:public father
22 28 };
29 30 void main()
31

我們發現結果是」son say hello」也就是根據物件的型別呼叫了正確的函式，那麼當我們將say()宣告為virtual時，背後發生了什麼。

編譯器在編譯的時候，發現father類中有虛函式，此時編譯器會為每個包含虛函式的類建立乙個虛表(即 vtable)，該表是乙個一維陣列，在這個陣列中存放每個虛函式的位址，

那麼如何定位虛表呢？編譯器另外還為每個物件提供了乙個虛表指標(即vptr)，這個指標指向了物件所屬類的虛表，在程式執行時，根據物件的型別去初始化vptr，從而讓vptr正確的指向了所屬類的虛表，從而在呼叫虛函式的時候，能夠找到正確的函式，對於第二段**程式，由於pfather實際指向的物件型別是son，因此vptr指向的son類的vtable，當呼叫pfather->son()時，根據虛表中的函式位址找到的就是son類的say()函式.

正是由於每個物件呼叫的虛函式都是通過虛表指標來索引的，也就決定了虛表指標的正確初始化是非常重要的，換句話說，在虛表指標沒有正確初始化之前，我們不能夠去呼叫虛函式，那麼虛表指標是在什麼時候，或者什麼地方初始化呢？

答案是在建構函式中進行虛表的建立和虛表指標的初始化，在構造子類物件時，要先呼叫父類的建構函式，此時編譯器只「看到了」父類，並不知道後面是否還有繼承者，它初始化父類物件的虛表指標，該虛表指標指向父類的虛表，當執行子類的建構函式時，子類物件的虛表指標被初始化，指向自身的虛表。

總結(基類有虛函式的):

1:每乙個類都有虛表

2:虛表可以繼承，如果子類沒有重寫虛函式，那麼子類虛表中仍然會有該函式的位址，只不過這個位址指向的是基類的虛函式實現，如果基類有3個虛函式，那麼基類的虛表中就有三項(虛函式位址)，派生類也會虛表，至少有三項，如果重寫了相應的虛函式，那麼虛表中的位址就會改變，指向自身的虛函式實現，如果派生類有自己的虛函式，那麼虛表中就會新增該項。

這就是c++中的多型性，當c++編譯器在編譯的時候，發現father類的say()函式是虛函式，這個時候c++就會採用晚繫結技術，也就是編譯時並不確定具體呼叫的函式，而是在執行時，依據物件的型別來確認呼叫的是哪乙個函式，這種能力就叫做c++的多型性，我們沒有在say()函式前加virtual關鍵字時，c++編譯器就確定了哪個函式被呼叫，這叫做早期繫結。

c++的多型性就是通過晚繫結技術來實現的。

c++的多型性用一句話概括就是:在基類的函式前加上virtual關鍵字，在派生類中重寫該函式，執行時將會根據物件的實際型別來呼叫相應的函式，如果物件型別是派生類，就呼叫派生類的函式，如果物件型別是基類，就呼叫基類的函式。

虛函式是在基類中定義的，目的是不確定它的派生類的具體行為，例如:

定義乙個基類:class animal //動物，它的函式為breathe()

再定義乙個類class fish //魚。它的函式也為breathe()

再定義乙個類class sheep //羊，它的函式也為breathe()

將fish，sheep定義成animal的派生類，然而fish與sheep的breathe不一樣，乙個是在水中通過水來呼吸，乙個是直接呼吸，所以基類不能確定該如何定義breathe，所以在基類中只定義了乙個virtual breathe，它是乙個空的虛函式，具體的函式在子類中分別定義，程式一般執行時，找到類，如果它有基類，再找到它的基類，最後執行的是基類中的函式，這時，它在基類中找到的是virtual標識的函式，它就會再回到子類中找同名函式，派生類也叫子類，基類也叫父類，這就是虛函式的產生，和類的多型性的體現。

這裡的多型性是指類的多型性。

函式的多型性是指乙個函式被定義成多個不同引數的函式。當你呼叫這個函式時，就會呼叫不同的同名函式。

一般情況下(不涉及虛函式)，當我們用乙個指標/引用呼叫乙個函式的時候，被呼叫的函式是取決於這個指標/引用的型別。

當設計到多型性的時候，採用了虛函式和動態繫結，此時的呼叫就不會在編譯時候確定而是在執行時確定。不在單獨考慮指標/引用的型別而是看指標/引用的物件的型別來判斷函式的呼叫，根據物件中虛指標指向的虛表中的函式的位址來確定呼叫哪個函式

現在我們看乙個體現c++多型性的例子，看看輸出結果:

#include "stdafx.h"
#include #include using namespace std; 
class ca 
virtual void ff() 
}; class cb : public ca 
void ff() 
}; class cc : public cb 
}; int main()

輸出結果:

C 多型的實現及原理

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C 多型的實現及原理

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