C 多型的實現原理分析

在物件導向開發中，多型是乙個很重要的特性。

什麼是多型呢？就是程式執行時，父類指標可以根據具體指向的子類物件，來執行不同的函式，表現為多型。

看完上面的實現原理，你可能會覺得有點懵，接下來我們就一點點分析和驗證上面的結論。

#include using namespace std;
class parent}; 
class child : public parent}; 
int main()

如上例**所示，當我們傳入父類物件時，將呼叫和執行父類的函式，當我們傳入子類物件時，將呼叫和執行子類的函式。而 c++ 編譯器的執行過程其實是這樣的：

父類的 fun() 是個虛函式，所以編譯器給父類物件自動新增了乙個 vptr 指標，指向父類的虛函式表，這個虛函式表裡存放了父類的 fun() 函式的函式指標

子類的 fun() 函式是重寫了父類的，即寫不寫 virtual 編譯器都會為其自動新增乙個 virtual，然後編譯器給子類物件自動新增了乙個 vptr 指標，指向子類的虛函式表，這個虛函式表裡存放了子類的 fun() 函式的函式指標

執行 p->fun() 時，編譯器檢測到 fun() 是乙個虛函式，所以不會靜態的將 parent 類的 fun() 方法直接編譯過來，而是是執行的時候，動態的根據 base 指向的物件，找到這個物件的 vptr 指標，然後找到這個物件的虛函式表，最後呼叫虛函式表裡對應的函式，實現多型

上面說了這麼多，那麼怎麼證明說的都是對的呢？vptr 指標真的存在麼？

其實要證明 vptr 的存在很簡單，我們只需要建立兩個相同的類，乙個類有虛函式，乙個類沒有虛函式，然後通過 sizeof() 方法列印出類物件的大小就行。如下：

#include using namespace std;
class parent1
// 非虛函式
};class parent2
// 虛函式
};int main()

執行結果：

4

8

可以看到，存在虛函式的類的物件，大小大了4個位元組，這正好是乙個指標物件的大小（指標物件的大小可能會根據執行環境而改變，32位的系統指標的大小是4個位元組），這說明編譯器確實給我們新增了這麼乙個指標物件 vptr。

看下面這個例子：

#include using namespace std;
class parent
virtual void fun()
};class child : public parent
void fun()
};void main()

執行程式會發現，建立子類物件時，會先建立父類物件，而父類的構造方法中呼叫虛函式，執行的並不是子類的 fun() 函式，而是父類自己的 fun() 函式，並沒有發生多型。

即答案是：父類的構造方法中呼叫虛函式，不會發生多型。這個和 vptr 的分步初始化有關。

從上例中我們看到，在父類中呼叫虛函式時，執行的還是父類的函式，沒有發生多型。這是因為當建立子類物件時，編譯器的執行順序其實是這樣的：

物件在建立時，由編譯器對 vptr 進行初始化

子類的構造會先呼叫父類的建構函式，這個時候 vptr 會先指向父類的虛函式表

子類構造的時候，vptr 會再指向子類的虛函式表

物件的建立完成後，vptr 最終的指向才確定