动态多态原理浅析（C++）

前言

多态主要分为两类：

• 静态多态：地址早绑定，即编译阶段确定函数地址，例如函数重载、运算符重载
• 动态多态：地址晚绑定，即运行阶段确定函数地址

动态多态

使用条件

父类指针或引用指向子类对象

基础语法

引入一段代码示例：

#include<iostream>
using namespace std;
class Animal
{
public:
    void speak()
    {
        cout << "动物在叫" << endl;
    }
};
class Cat :public Animal
{
public:
    void speak()
    {
        cout << "猫在叫" << endl;
    }
};
void doSpeak(Animal& animal)    //Animal& animal = cat
{
    animal.speak();     //地址早绑定
}
void test01()
{
    Cat cat;
    doSpeak(cat);   //父类引用/指针指向子类对象
    cout << "Animal类占用内存：" << sizeof(Animal) << endl;
}
int main()
{
    test01();
    system("pause");
}

运行结果为：

file

程序期望输出Cat类的speak方法，也即输出内容为猫在叫

可以看到实际输出与期望不符，原因是speak()在编译阶段已经确定了地址，无法通过父类指针指向子类对象，解决思路即是将早绑定改为晚绑定，让speak()在运行阶段正确指向子类对象，将Animal类的代码改成如下：

class Animal
{
public:
    virtual void speak() //virtual修饰后变成虚函数
    {
        cout << "动物在叫" << endl;
    }
};

修改后的运行结果为：

file

加入virtual关键词后，speak()变为虚函数，子类中的speak()无需添加virtual关键字(但也为虚函数)

此时speak()正确指向Cat类，由此可以得出多态满足的条件：

• 有继承关系
• 子类重写父类中的虚函数

修改之前的Animal类占用内存为1字节，说明此时为空类(空类占用1字节)，修改之后的占用变为4字节，可知加入virtual关键词后，类内部结构发生了变化，不难猜出此时类中存在一个指针

实现原理

为了直观看到Animal类内部结构，借助VS自带的命令提示工具，到源文件存放目录后运行cl /d1 reportSingleClassLayoutAnimal test.cpp，结果如下：

file

可以看到类内存在一个大小为4的vfptr，也即是virutal function pointer-虚函数(表)指针，该指针指向下方的vftable，也即是virtual function table-虚函数表，该表中存放的speak()实际地址是&Animal::speak

重复上述操作，继续查看Cat类内部结构：

file

可以看到重写后，Cat类中的虚函数表内实际存储的函数地址为&Cat::speak

图示

为方便理解，另附一张示意图

file