C++编译器多态实现原理

1、多态基础

（1）多态的实现效果

多态：同样的调用语句有多种不同的表现形态；

（2）多态实现的三个条件

有继承、有virtual重写、有父类指针（引用）指向子类对象。

（3）多态的C++实现

virtual关键字，告诉编译器这个函数要支持多态；不要根据指针类型判断如何调用；而是要根据指针所指向的实际对象类型来判断如何调用
（4）多态的理论基础

动态联编PK静态联编。根据实际的对象类型来判断重写函数的调用。

（5）多态的重要意义

设计模式的基础。

（6）实现多态的理论基础

函数指针做函数参数

2、C++中多态的实现原理

当类中声明虚函数时，编译器会在类中生成一个虚函数表：

（1）虚函数表是一个存储类成员函数指针的数据结构，它是一个类中所有虚成员函数的集合；

（2）虚函数表是由编译器自动生成与维护的；

（3）virtual成员函数会被编译器放入虚函数表中；

（4）存在虚函数时，每个对象中都包含一个指向虚函数表的指针变量(vptr指针)，这个指针变量在类成员变量中是隐藏的；

需要特别注意的是：

（1）vptr指针不会继承，也就是说子类不会继承父类的vptr指针，子类和父类分别拥有各自的vptr指针；

（2）指向父类对象的指针的步长一般和指向子类对象的指针的步长是不一样的。因为子类继承父类的基础上也可以有自己的属性，所以子类对象所占用的存储空间和父类可能不一样。

C++编译器多态实现原理

如果指针p指向的是父类对象，则父类的vptr指针在父类的虚函数表中查找func（）并调用；

如果指针p指向的是子类对象，则子类的vptr指针在子类的虚函数表中查找func（）并调用；

说明1：

通过虚函数表指针VPTR调用重写函数是在程序运行时进行的，因此需要通过寻址操作才能确定真正应该调用的函数。而普通成员函数是在编译时就确定了调用的函数。在效率上，虚函数的效率要低很多。

说明2：

出于效率考虑，没有必要将所有成员函数都声明为虚函数

3、证明当类中有虚函数时，存在VPTR指针。

class AA
{
public:

AA(){}

~AA(){}

void print()

{

cout << "AAAA" << endl;

}

private:

int i;

};

class BB
{
public:

BB(){}

~BB(){}

virtual void print()

{

cout << "BBBB" << endl;

}

private:

int i;

};

void main()
{

cout << "sizeof(AA):" << sizeof(AA) << endl; //结果 4

cout << "sizeof(BB):" << sizeof(BB) << endl;// 结果 8 ;

}

注：AA类只有变量i需要分配4个字节内存，普通成员变量print存在代码区，不用在堆区分配内存。

BB类需要分配8个字节内存，变量i分配4个字节内存，由于print前面有virtual关键字，所以BB类存在虚函数表，因此隐含指向虚函数表的VPTR指针（4个字节）。

4、构造函数中能调用虚函数，实现多态吗？为什么？

1）对象中的VPTR指针什么时候被初始化？

对象在创建的时,由编译器对VPTR指针进行初始化

只有当对象的构造完全结束后VPTR的指向才最终确定

父类对象的VPTR指向父类虚函数表

子类对象的VPTR指向子类虚函数表

2）结论：构造函数中调用多态函数,不能实现多态

C++编译器多态实现原理

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