[ C++ ] 多态原理多态

Posted 2022-09-20 小白又菜

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了[ C++ ] 多态原理多态相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

在上篇博文我们知道虚函数存在虚表，虚表存了一个虚函数的指针，因此sizeof（）这个类中包含虚函数则会包含指针的大小，本篇文章我们将通过原理了解多态。

1、多态原理

下面这段代码中，这个Buy函数传Person的调用的Person::BuyTicket()，传Student调用的是Student::BuyTicket.这样构成了多态，因此多态调用实现，是依靠运行时，去指向对象的虚表中查调用的函数地址。

class Person

public:
  Person(const char* name = "张三")
    :_name(name)
  
  
  virtual void BuyTicket()
    cout << _name << "购票,需要排队,每人 100 ￥" << endl;
  
protected:
  string _name;
;

class Student : public Person

public:
  Student(const char* name)
    :_name(name)
  

  virtual void BuyTicket()
    cout << _name << "购票,需要排队,每人 50 ￥" << endl;
  
private:
  string _name;
;

void Buy(Person* p)
  p->BuyTicket();


int main()
  Person p("张三");
  Buy(&p);

  Student st("张同学");
  Buy(&st);
  return 0;

我们也可以通过监视窗口进行查看

1.观察监视窗口时我们看到，Person指向p对象时，p->BuyTicket在p的虚表中找到虚函数是Person::Ticket。

2.观察监视窗口时我们看到，Student指向对象st时，st->BugTicket在st的虚表中找到虚函数是Student::Ticket。

3.这样就实现除了不同对象去完成同一行为时，展现出不同的形态。

4.反过来思考我们要达到多态，有两个条件：1、一个是虚函数覆盖，一个是对象的指针或引用调用虚函数。

5.在通过汇编代码分析，看出满足多态以后的函数调用，不是在编译时确定的，而是运行起来以后到对象中去取的。不满足多态的函数调用时编译时是确认好的。

多态调用：运行时决议--运行时确定调用函数的地址

普通函数：编译时决议--编译时确认调用函数的地址

2、动态绑定与静态绑定

1.静态绑定又称为前期绑定（早绑定），在程序编译期间确定了程序的行为，也成为了静态多态，比如：函数重载。

2.动态绑定又称为后期绑定（晚绑定），是在程序运行期间，根据具体拿到的类型确定程序的具体行为，调用具体的和拿书，也成为了动态多态。

3.上图买票的汇编代码很好的解释了什么是静态绑定（编译时）和动态（运行时）绑定。

3、单继承和多继承关系的虚函数表

3.1单继承中的虚函数表

class Base

public:
  virtual void Func1()
    cout << "Base::Func1()" << endl;
  
  virtual void Func2()
    cout << "Base::Func2()" << endl;
  
private:
  int _b = 1;
;

class Derive :public Base

public:
  virtual void Func1()
    cout << "Derive::Func1()" << endl;
  
  virtual void Func3()
    cout << "Derive::Func3()" << endl;
  
  virtual void Func4()
    cout << "Derive::Func4()" << endl;
  
private:
  int _d = 2;
;
int main()
  Base b;
  Derive d;
  return 0;

在监视窗口我们发现Derive中看不见Fun3和Fun4，这里是编译器的监视窗口故意隐藏了这两个函数，也可以认为是VS的一个Bug。那么我们如何查看d的虚表呢？我们将使用代码打印出虚表中的函数。

打印的思路：取出b,d对象的头4bytes，就是虚表的指针，前面我们说了虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组，这个数组最后面放了一个nullptr

1.先取b的地址，强转成一个int*的指针。

2.再解引用取值，就取到了b对象头4bytes的值，这个值就是指向虚表的指针。

3.再强转成VFPTR*，因为虚表就是一个存VFPTR类型(虚函数指针类型)的数组。

4.虚表指针传递给PrintVTable进行打印虚表。

5.需要说明的是这个打印虚表的代码经常会崩溃，因为编译器有时对虚表的处理不干净，虚表最后面没有放nullptr，导致越界，这是编译器的问题。我们只需要点目录栏的-生成-清理解决方案，再编译就好了。

typedef void(*V_FUNC)();
//
//// 打印虚表
////void PrintVFTable(V_FUNC a[])
void PrintVFTable(V_FUNC a[])
  printf("vfptr:%p\\n", a);

  for (size_t i = 0; a[i] != nullptr; ++i)
  
    printf("[%d]:%p->", i, a[i]);
    V_FUNC f = a[i];
    f();
  

int main()
  Base b;
  Derive d;

  PrintVFTable((V_FUNC*)(*((int*)&b)));
  PrintVFTable((V_FUNC*)(*((int*)&d)));

  return 0;

3.2 多继承中的虚函数表

以下有一段多继承中的虚函数表代码，我们通过打印出虚表的函数观察其中的奥妙

class Base1

public:
  virtual void Func1()
    cout << "Base1::Func1()" << endl;
  
  virtual void Func2()
    cout << "Base1::Func2()" << endl;
  
private:
  int _b1 = 1;
;

class Base2

public:
  virtual void Func1()
    cout << "Base2::Func1()" << endl;
  
  virtual void Func2()
    cout << "Base2::Func2()" << endl;
  
private:
  int _b2 = 1;
;

class Derive :public Base1,public Base2

public:
  virtual void Func1()
    cout << "Derive::Func1()" << endl;
  
  virtual void Func3()
    cout << "Derive::Func3()" << endl;
  
private:
  int _d1 = 2;
;

typedef void(*V_FUNC)();
//
//// 打印虚表
////void PrintVFTable(V_FUNC a[])
void PrintVFTable(V_FUNC a[])
  printf("vfptr:%p\\n", a);

  for (size_t i = 0; a[i] != nullptr; ++i)
  
    printf("[%d]:%p->", i, a[i]);
    V_FUNC f = a[i];
    f();
  
  cout << endl;

int main()
  Derive d;

  PrintVFTable((V_FUNC*)(*((int*)&d)));
  //PrintVFTable((V_FUNC*)(*((int*)&d+sizeof(Base1))));

  return 0;