面向?qū)ο?，從單一的類開(kāi)始說(shuō)起。

class A
{
private:
    int m_a;
    int m_b;
}; 

這個(gè)類中有兩個(gè)成員變量，都是int類型，所以這個(gè)類在內(nèi)存中占用多大的內(nèi)存空間呢？

sizeof(A), 8個(gè)字節(jié)，一個(gè)int占用四個(gè)字節(jié)。下圖驗(yàn)證:

這兩個(gè)數(shù)據(jù)在內(nèi)存中是怎樣排列的呢？

原來(lái)是這樣，我們根據(jù)debug出來(lái)的地址畫(huà)出a對(duì)象在內(nèi)存的結(jié)構(gòu)圖

如果 class A 中包含成員函數(shù)呢? A 的大小又是多少？

class A
{
public:
    void func1() {}    
private:
    int m_a;
    int m_b;
}; 

直接告訴你答案，類的成員函數(shù)多大? 沒(méi)人能回答你，并且不是本文的重點(diǎn)，類的成員函數(shù)是放在代碼區(qū)的，不算在類的大小內(nèi)。

類的對(duì)象共享這一段代碼，試想，如果每一個(gè)對(duì)象都有一段代碼，光是存儲(chǔ)這些代碼得占用多少空間？所以同一個(gè)類的對(duì)象共用一段代碼。

共用同一段代碼怎么區(qū)分不同的對(duì)象呢？

實(shí)際上，你在調(diào)用成員函數(shù)時(shí)，a.func1() 會(huì)被編譯器翻譯為 A::func1(&a)，也就是A* const this, this 就是 a 對(duì)象的地址。

所以根據(jù)this指針就能找到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，通過(guò)這同一段代碼來(lái)處理不同的數(shù)據(jù)。

接下來(lái)我們討論一下繼承，子類繼承父類，將會(huì)繼承父類的數(shù)據(jù)，以及父類函數(shù)的調(diào)用權(quán)。

以下的測(cè)試可以驗(yàn)證這個(gè)情況。

class A
{
public:
    void func1() { cout << "A func1" << endl; }
private:
    int m_a;
    int m_b;
};

class B : public A
{
public:
    void func2() { cout << "B func2" << endl; }
private:
    int m_c;
};

int main(int argc, char const* argv[])
{
    B b;
    b.func1();
    b.func2();
    return 0;
} 

輸出:

// A func1
// B func2 

那么對(duì)象b在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)是什么樣的呢？

繼承關(guān)系，先把a(bǔ)中的數(shù)據(jù)繼承過(guò)來(lái)，再有一份自己的數(shù)據(jù)。

每個(gè)包含虛函數(shù)的類都有一個(gè)虛表，虛表是屬于類的，而不是屬于某個(gè)具體的對(duì)象，一個(gè)類只需要一個(gè)虛表即可。同一個(gè)類的所有對(duì)象都使用同一個(gè)虛表。

為了指定對(duì)象的虛表，對(duì)象內(nèi)部包含指向一個(gè)虛表的指針，來(lái)指向自己所使用的虛表。為了讓每個(gè)包含虛表的類的對(duì)象都擁有一個(gè)虛表指針，編譯器在類中添加了一個(gè)指針，*__vptr，用來(lái)指向虛表。這樣，當(dāng)類的對(duì)象在創(chuàng)建時(shí)便擁有了這個(gè)指針，且這個(gè)指針的值會(huì)自動(dòng)被設(shè)置為指向類的虛表。

class A
{
public:
    void func1() { cout << "A func1" << endl; }
    virtual void vfunc1() { cout << "A vfunc1" << endl; }
private:
    int m_a;
    int m_b;
}; 

cout << sizeof(A);, 輸出12，A中包括兩個(gè)int型的成員變量，一個(gè)虛指針，指針占4個(gè)字節(jié)。

a的內(nèi)存結(jié)構(gòu)如下:

虛表是一個(gè)函數(shù)指針數(shù)組，數(shù)組里存放的都是函數(shù)指針，指向虛函數(shù)所在的位置。

對(duì)象調(diào)用虛函數(shù)時(shí)，會(huì)根據(jù)虛指針找到虛表的位置，再根據(jù)虛函數(shù)聲明的順序找到虛函數(shù)在數(shù)組的哪個(gè)位置，找到虛函數(shù)的地址，從而調(diào)用虛函數(shù)。

調(diào)用普通函數(shù)則不像這樣，普通函數(shù)在編譯階段就指定好了函數(shù)位置，直接調(diào)用即可。

class A
{
public:
    void func1() { cout << "A func1" << endl; }
    virtual void vfunc1() { cout << "A vfunc1" << endl; }
private:
    int m_a;
    int m_b;
};

class B : public A
{
public:
    void func1() { cout << "B func1" << endl; }
    virtual void vfunc2() { cout << "B vfunc2" << endl; }
private:
    int m_a;
}; 

像這樣，B類繼承自A類，B中又定義了一個(gè)虛函數(shù)vfunc2, 它的虛表又是怎么樣的呢？

給出結(jié)論，虛表如下圖所示:

我們來(lái)驗(yàn)證一下:

A a;
B b;
void(*avfunc1)() = (void(*)()) *(int*) (*(int*)&a);
void (*bvfunc1)() = (void(*)()) *(int*) *((int*)&b);
void (*bvfunc2)() = (void(*)()) * (int*)(*((int*)&b) + 4);
avfunc1();
bvfunc1();
bvfunc2();

來(lái)解釋一下代碼: void(*avfunc1)() 聲明一個(gè)返回值為void, 無(wú)參數(shù)的函數(shù)指針 avfunc1, 變量名代表我們想要取A類的vfunc1這個(gè)虛函數(shù)。

右半部分的第一部分，(void(*)()) 代表我們最后要轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)上述類型的指針，右邊需要給一個(gè)地址。

我們看 (*int(*)&a), 把a(bǔ)的地址強(qiáng)轉(zhuǎn)成int*, 再解引用得到 虛指針的地址。

*(int*) (*(int*)&a) 再?gòu)?qiáng)轉(zhuǎn)解引用得到虛表的地址，最后強(qiáng)轉(zhuǎn)成函數(shù)指針。

同理得到 bvfunc1, bvfunc2, +4是因?yàn)橐粋€(gè)指針占4個(gè)字節(jié)，+4得到虛表的第二項(xiàng)。

覆蓋

class A
{
public:
    void func1() { cout << "A func1" << endl; }
    virtual void vfunc1() { cout << "A vfunc1" << endl; }
private:
    int m_a;
    int m_b;
};

class B : public A
{
public:
    void func1() { cout << "B func1" << endl; }
    virtual void vfunc1() { cout << "B vfunc1" << endl; }
private:
    int m_a;
}; 

子類重寫(xiě)父類的虛函數(shù)，需要函數(shù)簽名保持一致，該種情況在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)為:

多態(tài)

父類指針指向子類對(duì)象的情況下，如果指針調(diào)用的是虛函數(shù)，則編譯器會(huì)將會(huì)從虛指針?biāo)傅奶摵瘮?shù)表中找到對(duì)應(yīng)的地址執(zhí)行相應(yīng)的函數(shù)。

子類很多的話，每個(gè)子類都覆蓋了對(duì)應(yīng)的虛函數(shù)，則通過(guò)虛表找到的虛函數(shù)執(zhí)行后不就執(zhí)行了不同的代碼嘛，表現(xiàn)出多態(tài)了嘛。

我們把經(jīng)過(guò)虛表調(diào)用虛函數(shù)的過(guò)程稱為動(dòng)態(tài)綁定，其表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象稱為運(yùn)行時(shí)多態(tài)。動(dòng)態(tài)綁定區(qū)別于傳統(tǒng)的函數(shù)調(diào)用，傳統(tǒng)的函數(shù)調(diào)用我們稱之為靜態(tài)綁定，即函數(shù)的調(diào)用在編譯階段就可以確定下來(lái)了。

那么，什么時(shí)候會(huì)執(zhí)行函數(shù)的動(dòng)態(tài)綁定？這需要符合以下三個(gè)條件。

• 通過(guò)指針來(lái)調(diào)用函數(shù)
• 指針 upcast 向上轉(zhuǎn)型（繼承類向基類的轉(zhuǎn)換稱為 upcast）
• 調(diào)用的是虛函數(shù)
  

為什么父類指針可以指向子類？

子類繼承自父類，子類也屬于A的類型。

最后通過(guò)一個(gè)例子來(lái)體會(huì)一下吧:

class Shape
{
public:
    virtual void draw() = 0;
};

class Rectangle : public Shape
{
    void draw() { cout << "rectangle" << endl; }
};

class Circle : public Shape
{
    void draw() { cout << "circle" << endl; }
};

class Triangle : public Shape
{
    void draw() { cout << "triangle" << endl; }
};


int main(int argc, char const *argv[])
{
    vector<Shape*> v;
    v.push_back(new Rectangle());
    v.push_back(new Circle());
    v.push_back(new Triangle());
    for (Shape* p : v) {
        p->draw();
    }
    return 0;
} 

有些話是大白話，哈哈，如果這篇文章寫(xiě)的不錯(cuò)，解決了你的疑惑的話，點(diǎn)個(gè)贊再走吧！

不對(duì)的地方也請(qǐng)指出來(lái)，大家一起學(xué)習(xí)進(jìn)步。

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