9-3：C++多态之多态的实现原理之虚函数表，虚函数表指针静态绑定和动态绑定

Posted 2021-05-16 快乐江湖

文章目录

• • （1）虚函数表
  • （2）多态原理
  • （3）静态多态与动态多态
  • • A：静态多态
    • B：动态多态

（1）虚函数表

如下代码，计算此带有虚函数的类的大小

#include <iostream>
using namespace std;

class Test
{
public:
	virtual void fun1()
	{
		cout << "fun(1)" << endl;
	}
	virtual void fun2()
	{
		cout << "fun(2)" << endl;
	}
	void fun3()
	{
		cout << "fun(3)" << endl;
	}
private:
	int _num = 1;
};

int main()
{
	Test t;
	cout << sizeof(t) << endl;

}

其结果并不是4，而是8

启动调试后发现，除了一个成员外，似乎还多了一个_vfptr，很明显它是一个指针，我们称这个指针为虚函数表指针，它指向了一个虚函数表，这个虚函数表就是一个数组，这个数组中的每个元素都是一个虚函数指针

关于虚函数表及虚函数表指针以下几点需要注意

1. 这里的虚函数表和前面的虚基表不要搞混，前面的虚基表存储的是偏移量，这里的虚函数表存储的是虚函数指针
2. 不同对象的虚函数表是一样的
3. 虚函数表指针在代码段
   

如下的继承体系中，子类重写了虚函数fun1

#include <iostream>
#include <stdio.h>
using namespace std;

class Test
{
public:
	virtual void fun1()
	{
		cout << "fun(1)" << endl;
	}
	virtual void fun2()
	{
		cout << "fun(2)" << endl;
	}
	void fun3()
	{
		cout << "fun(3)" << endl;
	}
private:
	int _num = 1;
};

class Test2 : public Test
{
public:
	virtual void fun1()
	{
		cout << "Test2：fun1" << endl;
	}
private:
	int _num2 = 2;

};

int main()
{
	Test t;
	Test2 t2;

}

透过监视窗口可以看出，由于子类重写了fun1，因此子类的虚函数表中的第一个虚函数指针发生了变化，而fun2没有被重写，因此还是使用的是相同的

（2）多态原理

如下继承体系中，fun1和fun2重写，使用FUN函数，以父类指针做形参，分别调用fun1和fun2，因此构成多态

#include <iostream>
#include <stdio.h>
using namespace std;

class Test
{
public:
	virtual void fun1()
	{
		cout << "fun(1)" << endl;
	}
	virtual void fun2()
	{
		cout << "fun(2)" << endl;
	}
	void fun3()
	{
		cout << "fun(3)" << endl;
	}
private:
	int _num = 1;
};

class Test2 : public Test
{
public:
	virtual void fun1()
	{
		cout << "Test2：fun1" << endl;
	}
	virtual void fun2()
	{
		cout << "Test2:fun2" << endl;
	}
private:
	int _num2 = 2;

};

void FUN(Test* p)
{
	p->fun1();
	p->fun2();
}

int main()
{
	Test t;
	Test2 t2;
	FUN(&t);
	FUN(&t2);
}

通过，汇编代码可以发现多态的实现原理。
首先是父类指针指向父类对象，分别调用fun1和fun2，原理如图

前面说过，如果将形参换成父类的对象，而不采用指针或引用，那么就不会构成多态，因此在这样的情况下，调用谁的函数已经早就在编译的时候就确定好了

（3）静态多态与动态多态

A：静态多态

静态多态其实我们已经用过很多次了，甚至在第一次学习C++时，就遇到过了

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int i=0;
	double d=3.14;
	cout<<i;
	cout<<d;
}

为什么同一个cout可以输出不同类型的变量——函数重载。所以函数重载就属于一种静态的多态，静态多态又称为静态绑定，之所以是静态的是因为在程序编译时就已经确定了行为。比如前面的父类对象作为形参那个例子，编译器已经知道了一定会调用父类的函数

B：动态多态

动态多态又称为动态绑定，就像前面的例子中：在程序运行时，会根据具体拿到的类型执行相应的动作。