C++之多态的深度剖析（2）

前言

在前面内容中，我们对多态进行了基本的了解，对其中的虚函数进行着重的介绍，本节内容我们将进一步对多态的底层进行观察了解看看它是如何实现的。

多态如何实现

class Person {
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};
class Student : public Person {
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-打折" << endl; }
};
class Soldier : public Person {
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-优先" << endl; }
};
void Func(Person* ptr)
{
	// 这⾥可以看到虽然都是Person指针Ptr在调⽤BuyTicket
	// 但是跟ptr没关系，⽽是由ptr指向的对象决定的。
	ptr->BuyTicket();
}
int main()
{
	
	Person ps;
	Student st;
	Soldier sr;
	
	Func(&ps);
	Func(&st);
	Func(&sr);
	return 0;
}

其次多态不仅仅发生在派生类对象之间，多个派生类继承基类，重写虚函数后
多态也会发生在多个派生类之间。 

动态绑定与静态绑定

// ptr是指针+BuyTicket是虚函数满⾜多态条件。
// 这⾥就是动态绑定，编译在运⾏时到ptr指向对象的虚函数表中确定调⽤函数地址
ptr->BuyTicket();
00EF2001 mov eax,dword ptr [ptr]
00EF2004 mov edx,dword ptr [eax]
00EF2006 mov esi,esp
00EF2008 mov ecx,dword ptr [ptr]
00EF200B mov eax,dword ptr [edx]
00EF200D call eax
// BuyTicket不是虚函数，不满⾜多态条件。
// 这⾥就是静态绑定，编译器直接确定调⽤函数地址
ptr->BuyTicket();
00EA2C91 mov ecx,dword ptr [ptr]
00EA2C94 call Student::Student (0EA153Ch)

虚函数表

虚函数表（Virtual Function Table，也常简称为vtable）是C++语言中实现多态的一种机制。当一个类声明或继承了一个或多个虚函数时，编译器会为这个类创建一个虚函数表，这个表中包含了类中所有虚函数的地址。

以下是对虚函数表的基本解释：

• 虚函数：在基类中被声明为虚函数的成员函数可以在派生类中被重写（override），以实现多态。
• 虚函数表：每个具有虚函数的类都有自己的虚函数表。当对象被创建时，它的内存布局中会包含一个指向其类虚函数表的指针，通常被称为vptr（virtual table pointer）。

虚函数表的工作流程如下：

1. 当一个类的对象被创建时，对象的内存布局中包含一个vptr，它指向该类的虚函数表。
2. 当通过基类的指针或引用调用一个虚函数时，程序会根据对象的vptr找到对应的虚函数表，并从表中获取正确版本的函数地址来调用。
3. 如果派生类重写了基类的虚函数，虚函数表中相应函数的条目会被更新为指向派生类中重写后的函数。

class Base {
public:
	virtual void func1() { cout << "Base::func1" << endl; }
	virtual void func2() { cout << "Base::func2" << endl; }
	void func5() { cout << "Base::func5" << endl; }
protected:
	int a = 1;
};
class Derive : public Base
{
public:
	// 重写基类的func1
	virtual void func1() { cout << "Derive::func1" << endl; }
	virtual void func3() { cout << "Derive::func1" << endl; }
	void func4() { cout << "Derive::func4" << endl; }
protected:
	int b = 2;
};
int main()
{
	
	Base b;
	Derive d;
	return 0;
}

注意：这里Derive中没有看到func3函数，这个vs监视窗口看不到，可以通过内存窗口查看 

也可以打印出来

int main()
{
	int i = 0;
	static int j = 1;
	int* p1 = new int;
	const char* p2 = "xxxxxxxx";
	printf("栈:%p\n", &i);
	printf("静态区:%p\n", &j);
	printf("堆:%p\n", p1);
	printf("常量区:%p\n", p2);
	Base b;
	Derive d;
	Base* p3 = &b;
	Derive* p4 = &d;
	printf("Person虚表地址:%p\n", *(int*)p3);
	printf("Student虚表地址:%p\n", *(int*)p4);
	printf("虚函数地址:%p\n", &Base::func1);
	printf("普通函数地址:%p\n", &Base::func5);
	return 0;
}

结束语

本节内容就到此结束啦，本次内容了解即可，只是为了更好的理解多态的原理。