關于虛函數實現多態(tài)的原理及分析

更新時間：2023年02月05日 16:37:38 作者：Cynantrs

這篇文章主要介紹了C++中如何實現多態(tài)問題，具有很好的參考價值，具有很好的參考價值，希望對大家有所幫助。如有錯誤或未考慮完全的地方，望不吝賜教

1、C++中如何實現多態(tài)

基類中先聲明一個虛函數
至少有一個繼承該基類的子類

2、虛函數實現多態(tài)的原理

當一個類中出現虛函數或著子類繼承了虛函數時，就會在該類中產生一個虛函數表（virtual table），虛函數表實際上是一個函數指針數組（在有的編譯器作用下是鏈表），里面的每一個元素對應指向該類中的某一個虛函數的指針。
被該類聲明的對象會包含一個虛函數表指針（virtual table pointer），指向該類的虛函數表的地址。
虛函數的調用過程：當一個對象要調用到虛函數時，先將對象內存中的vptr指針（虛函數表指針）指向定義該類的vtbl（虛函數表），vtbl再尋找里面的指針指向想要調用的虛函數，從而完成虛函數的調用。

2.1 單類繼承

定義一個父類

class Person{
public:
	virtual void f(){cout << "use f()" << endl;}
	virtual void g(){cout << "use g()" << endl;}
	virtual void h(){cout << "use h()" << endl;}
};

父類對象其在內存中布局如下：

再定義一個子類，此時并不覆蓋父類的虛函數：

class Bag:public Person{
public:
	virtual void i(){cout << "use i()" << endl;}
	virtual void j(){cout << "use j()" << endl;}
};

可以看出虛函數表內的虛函數是按聲明順序進行排序的

父類虛函數排在子類虛函數之前

當我們把子類中的虛函數覆蓋掉：（修改Bag類）

class Bag:public Person{
public:
	void f(){cout << "class Bag use fun" << endl;}
	virtual void i(){cout << "use i()" << endl;}
	virtual void j(){cout << "use j()" << endl;}
};

子類覆蓋的虛函數，放在父類原先放該虛函數的位置上。

所以當父類指針指向該子類對象時，會調用該子類的重載函數

2.2 多類繼承

子類沒有覆蓋父類的虛函數

子類的虛函數放在第一張?zhí)摵瘮当碇?，緊跟著第一個父類的虛函數

如果每個父類都有虛函數，則有幾個父類就有幾張?zhí)摵瘮当?/p>

子類覆蓋父類的虛函數

父類的虛函數被子類覆蓋后，則該子類對應的重載函數的位置在被覆蓋的父類函數的位置上。（如果父類沒有該虛函數，則不用被覆蓋）

父類的虛函數被子類覆蓋后，則父類指針指向該子類對象時，調用的f（）便是子類中重載的f（）

示例

#include <iostream>
using namespace std;

class Person1{
public:
    virtual void f(){}
    virtual void g(){}
    virtual void h(){}
    virtual ~Person1(){}
};

class Person2{
public:
    virtual void f(){}
    virtual void g(){}
    virtual void h(){}
    void a(){           // 成員函數，不需要重載
        cout << "class Person2" << endl;
    }
    virtual ~Person2(){}
};

class Person3{
public:
    virtual void g(){}
    virtual void h(){}
    virtual ~Person3(){}
};

class Bag:public Person1, public Person2, public Person3{
public:
    void f(){
        cout << "Bag f()" << endl;
    }
    void g(){
        cout << "Bag g()" << endl;
    }
    void a(){
        cout << "Class Bag" << endl;
    }
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
    Person3* p3 = new Bag;
    //p3->f();    // P3 沒有成員函數f（）
                  // 多態(tài)首先得是 父類有虛函數，其次是子類要定義該函數的重載
                  // 如果父類的虛函數改為成員函數，則子類無法進行重載，即無法實現多態(tài)
    delete p3;
    p3 = NULL;

    Person1* p1 = new Bag;
    p1->f();
    delete p1;
    p1 = NULL;

    Person2* p2 = new Bag;
    p2->a();
    delete p2;
    p2 = NULL;
    
    return 0;
}