C++多態的實現機制深入理解

2020-01-26 14:30:16

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供稿：網友

在面試過程中C++的多態實現機制經常會被面試官問道。大家清楚多態到底該如何實現嗎？下面小編抽空給大家介紹下多態的實現機制。

1. 用virtual關鍵字申明的函數叫做虛函數，虛函數肯定是類的成員函數。

2. 存在虛函數的類都有一個一維的虛函數表叫做虛表。類的對象有一個指向虛表開始的虛指針。虛表是和類對應的，虛表指針是和對象對應的。

3. 多態性是一個接口多種實現，是面向對象的核心。分為類的多態性和函數的多態性。

4. 多態用虛函數來實現，結合動態綁定。

5. 純虛函數是虛函數再加上= 0。

6. 抽象類是指包括至少一個純虛函數的類。

多態的簡單介紹

一般來說，多態分為兩種，靜態多態和動態多態。靜態多態也稱編譯時多態，主要包括模板和重載。而動態多態則是通過類的繼承和虛函數來實現，當基類和子類擁有同名同參同返回的方法，且該方法聲明為虛方法，當基類對象，指針，引用指向的是派生類的對象的時候，基類對象，指針，引用在調用基類的方法，實際上調用的是派生類方法。這就是動態多態。

靜態多態的實現

靜態多態靠編譯器來實現，簡單來說就是編譯器對原來的函數名進行修飾，在c語言中，函數無法重載，是因為，c編譯器在修飾函數時，只是簡單的在函數名前加上下劃線"_" 。而c++編譯器不同，它根據函數的類型，個數來對函數名進行修飾，這就使得函數可以重載，同理，模板也是可以實現的，針對不同類型的實參來產生對應的特化的函數，通過增加修飾，使得不同的類型參數的函數得以區分。

以下段程序為例

#include <iostream>using namespace std;template <typename T1, typename T2>int fun(T1 t1, T2 t2){}int foofun(){}int foofun(int){}int foofun(int , float){}int foofun(int , float ,double){}int main(int argc, char *argv[]){fun(1, 2);fun(1, 1.1);foofun();foofun(1);foofun(1, 1.1);foofun(1, 1.1, 1.11);return 0;}

經過編譯之后：

只選取main函數部分來看：

可以發現，調用的函數名均發生了變化，都加了相應的修飾，使得調用的函數是不一樣的，靜態多態就是如此。

動態多態的實現

聲明一個類時，如果類中有虛方法，則自動在類中增加一個虛函數指針，該指針指向的是一個虛函數表，虛函數表中存著每個虛函數真正對應的函數地址。動態多態采用一種延遲綁定技術，普通的函數調用，在編譯期間就已經確定了調用的函數的地址，所以無論怎樣調用，總是那個函數，但是擁有虛函數的類，在調用虛函數時，首先去查虛函數表，然后在確定調用的是哪一個函數，所以，調用的函數是在運行時才會確定的。

在聲明基類對象時，虛函數表中綁定的就是基類的方法的地址。在聲明派生類對象時，虛函數表中綁定的就是派生類的方法。在對象被創建之后(以指針為例)，無論是基類指針還是派生類指針指向這個對象，虛函數表是不會改變的。
以下段程序為例：

#include <iostream>using namespace std;class Base{public:virtual void fun(){cout << "this is base fun" << endl;}};class Derived : public Base{public:void fun(){cout << "this is Derived fun" << endl;}};int main(int argc, char *argv[]){Base b1;Derived d1;Base *pb = &d1;Derived *pd = (Derived *)&b1;b1.fun();pd->fun();d1.fun();pb->fun();return 0;}

運行結果如下：