一篇文章带你了解C++多态的实现原理一篇文章带你了解C++多态的实

虚函数和多态
多态的作用
多态的一个例子
构造函数和析构函数中存在多态吗？
多态的实现原理

虚函数表

虚析构函数

纯虚函数和抽象类

总结

虚函数和多态虚函数：

在类的定义中，前面有 virtual 关键字的成员函数称为虚函数
virtual 关键字只用在类定义里的函数声明中，写函数体时不用

比如：

class Base {virtual int Fun() ; // 虚函数}; int Base::Fun() // virtual 字段不用在函数体时定义{ }

多态的表现形式派生类的指针」
可以赋给「基类指针」通过基类指针调用基类和派生类中的同名「虚函数」时

1.若该指针指向一个基类的对象，那么被调用是基类的虚函数；

2.若该指针指向一个派生类的对象，那么被调用的是派生类的虚函数

#include using namespace std; class Animal{public: virtual void speak() {cout << "动物在说话" << endl; }}; class Cat: public Animal{public: void speak() {cout << "猫在叫" << endl; }}; void test01(){ Cat cat; Animal* p = &cat; //Animal *p=new Cat p->speak(); //用哪个虚函数取决于 p 指向哪种类型的对象}int main(){ test01(); }

派生类的对象可以赋给基类「引用」通过基类引用调用基类和派生类中的同名「虚函数」时

1.若该引用引用的是一个基类的对象，那么被调用是基类的虚函数

2.若该引用引用的是一个派生类的对象，那么被调用的是派生类的虚函数
比如：

#include using namespace std; class Animal{public: virtual void speak() {cout << "动物在说话" << endl; }}; class Cat: public Animal{public: void speak() {cout << "猫在叫" << endl; }}; void test01(){ Cat cat; Animal& p = cat; p.speak(); }int main(){ test01(); }

【一篇文章带你了解C++多态的实现原理】
多态的作用在面向对象的程序设计中使用「多态」，能够增强程序的可扩充性，即程序需要修改或增加功能的时候，需要改动和增加的代码较少。

多态的一个例子比如：

class Base {public:void fun1() { fun2(); }virtual void fun2()// 虚函数{ cout << "Base::fun2()" << endl; }}; class Derived : public Base {public:virtual void fun2()// 虚函数{ cout << "Derived:fun2()" << endl; }}; int main() {Derived d; Base * pBase = & d; pBase->fun1(); return 0; }

请问输出结果是什么？

我们可能会认为pBase 指针对象虽然指向的是派生类对象，但是派生类里没有 fun1 成员函数，则就调用基类的 fun1 成员函数，Base::fun1() 里又会调用基类的 fun2 成员函数，所以输出结果是Base::fun2()

但结果却是Derived:fun2()，为什么会这样？

我们将代码修改一下

class Base {public:void fun1() { this->fun2(); // this是基类指针，fun2是虚函数，所以是多态}}

this指针的作用域是在类内部，当在类的非静态成员函数中访问类的非静态成员的时候，编译器会自动将对象本身的地址作为一个隐含参数传递给函数，其作用就是指向成员函数所作用的对象，所以非静态成员函数中可以直接使用 this 来代表指向该函数作用的对象的指针。
pBase 指针对象指向的是派生类对象，派生类里没有 fun1 成员函数，所以就会调用基类的 fun1 成员函数，在Base::fun1() 成员函数体里执行 this->fun2() 时，实际上指向的是派生类对象的 fun2 成员函数。
所以我们需要注意：

在非构造函数，非析构函数的成员函数中调用「虚函数」，是多态

构造函数和析构函数中存在多态吗？在构造函数和析构函数中调用「虚函数」，不是多态。编译时即可确定，调用的函数是自己的类或基类中定义的函数，不会等到运行时才决定调用自己的还是派生类的函数。

#include using namespace std; // 基类class CFather{public:virtual void hello() // 虚函数{cout << "hello from father" << endl; }virtual void bye() // 虚函数{cout << "bye from father" << endl; }}; // 派生类class CSon : public CFather{public:CSon() // 构造函数{hello(); }~CSon()// 析构函数{bye(); }virtual void hello() // 虚函数{cout << "hello from son" << endl; }}; int main(){CSon son; CFather* pfather; pfather = &son; pfather->hello(); //多态return 0; }

结果为：

hello from son // 构造son对象时执行的构造函数
hello from son // 多态
bye from father // son对象析构时，由于CSon类没有bye成员函数，所以调用了基类的bye成员函数

多态的实现原理「多态」的关键在于通过基类指针或引用调用一个虚函数时，编译时不能确定到底调用的是基类还是派生类的函数，运行时才能确定。

class A {public:int i; virtual void Print() { } // 虚函数}; class B{public:int n; void Print() { } }; int main() {cout << sizeof(A) << ","<< sizeof(B); return 0; }

在32位机子中：8 4

从上面的结果，可以发现有虚函数的类，多出了4 个字节，在 32 位机子上指针类型大小正好是 4 个字节，这多出 4 个字节的指针有什么作用呢？

虚函数表
每一个有「虚函数」的类（或有虚函数的类的派生类）都有一个「虚函数表」，该类的任何对象中都放着虚函数表的指针。「虚函数表」中列出了该类的「虚函数」地址。
多出来的 8 个字节就是用来放「虚函数表」的地址。

// 基类class Base {public:int i; virtual void Print() { } // 虚函数}; // 派生类class Derived : public Base{public:int n; virtual void Print() { } // 虚函数};

上面 Derived 类继承了 Base类，两个类都有「虚函数」，那么它「虚函数表」的形式可以理解成下图：

文章图片

多态的函数调用语句被编译成一系列根据基类指针所指向的（或基类引用所引用的）对象中存放的虚函数表的地址，在虚函数表中查找虚函数地址，并调用虚函数的指令

虚析构函数析构函数是在删除对象或退出程序的时候，自动调用的函数，其目的是做一些资源释放。
那么在多态的情景下，通过基类的指针删除派生类对象时，通常情况下只调用基类的析构函数，这就会存在派生类对象的析构函数没有调用到，存在资源泄露的情况。

比如：

// 基类class A {public: A()// 构造函数{cout << "construct A" << endl; }~A() // 析构函数{cout << "Destructor A" << endl; }}; // 派生类class B : public A {public: B()// 构造函数{cout << "construct B" << endl; }~B()// 析构函数{cout << "Destructor B" << endl; }}; int main() {A *pa = new B(); delete pa; return 0; }

输出结果：