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c++語言中虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)的原理詳解

更新時間：2019年05月28日 08:26:12 作者：coding小菜鳥

這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于c++語言中虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)的原理的相關(guān)資料，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對大家學(xué)習(xí)或者使用c++語言具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，需要的朋友們下面來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

前言

自上一個帖子之間跳過了一篇總結(jié)性的帖子，之后再發(fā)，今天主要研究了c++語言當(dāng)中虛函數(shù)對多態(tài)的實現(xiàn)，感嘆于c++設(shè)計者的精妙絕倫

c++中虛函數(shù)表的作用主要是實現(xiàn)了多態(tài)的機(jī)制。首先先解釋一下多態(tài)的概念，多態(tài)是c++的特點之一，關(guān)于多態(tài)，簡而言之就是用父類的指針指向其子類的實例，然后通過父類的指針調(diào)用實際子類的成員函數(shù)，這種方法呢，可以讓父類的指針具有多種形態(tài)，也就是說不需要改動很多的代碼就可以讓父類這一種指針，干一些很多子類指針的事情，這里是從虛函數(shù)的實現(xiàn)機(jī)制層面進(jìn)行研究

在寫這篇帖子之前對于相關(guān)的文章進(jìn)行了查閱，基本上是大段的文字，所以我的這一篇可能會用大量的圖形進(jìn)行贅述（如果理解有誤的地方，煩請大佬能夠指出），接下來就言歸正傳：

首先介紹一下為什么會引進(jìn)多態(tài)呢，基于c++的復(fù)用性和拓展性而言，同類的程序模塊進(jìn)行大量重復(fù)，是一件無法容忍的事情，比如我設(shè)置了蘋果，香蕉，西瓜類，現(xiàn)在想把這些東西都裝到碗這個函數(shù)里，那么在主函數(shù)當(dāng)中，聲明對象是必須的，但是每一次裝進(jìn)碗里對于水果來說，都要用自己的指針調(diào)用一次裝的功能，那為什么不把這些類抽象成一個水果類呢，直接定義一個水果類的指針一次性調(diào)用所有水果裝的功能呢，這個就是利用父類指針去調(diào)用子類成員，但是這個思想受到了指針指向類型的限制，也就是說表面指針指向了子類成員，但實際上還是只能調(diào)用子類成員里的父類成員，這樣的思想就變的毫無意義了，如果想要解決這個問題，只要在父類前加上virtual就可以解決了，這里就是利用虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)的實例。

首先還是作為舉例來兩個類，在之前基礎(chǔ)知識的帖子中提到過，空類的大小是一個字節(jié)（占位符），函數(shù)，靜態(tài)變量都在編譯期就形成了，不用類去分配空間，但是做一個小實驗，看一看在定義了虛函數(shù)之后，類的大小是多少呢

#include<iostream>
using namespace std;
class CFather 
{
public:
  virtual void AA()　　//虛函數(shù)標(biāo)識符
  {
    cout << "CFather :: AA()" << endl;
  }
  void BB()
  {
    cout << "CFather :: BB()" << endl;
  }
};
class CSon : public CFather
{
public:
  void AA()
  {
    cout << "CSon :: AA()" << endl;
  }
  void BB()
  {
    cout << "CSon :: BB()" << endl;
  }
};
int main()
{
  cout << sizeof(CFather) << endl;   　　　　　　//測試加了虛函數(shù)的類

  system("pause");
  return 0;
}

很明顯類里裝了一個 4個字節(jié)的東西，除了整形int，就是指針了，沒錯這里裝的就是函數(shù)指針

先把這個代碼，給抽象成圖形進(jìn)行理解，在這CFather為A，CSon為B

此時就是一個單純的繼承的情況，不存在虛函數(shù)，然后我new一個對象，A *p = new A；那么 p -> AA(),必然是指向A類中的AA()函數(shù)，那么函數(shù)的調(diào)用有兩種方式一種函數(shù)名加（）直接調(diào)用，一種是利用函數(shù)指針進(jìn)行調(diào)用，在這里我想要調(diào)用子類的，就可以利用函數(shù)指針進(jìn)行調(diào)用，假設(shè)出來兩個函數(shù)指針，來指向B類中的兩個成員函數(shù)，如果我父類想要調(diào)用子類成員，就可以通過 p指針去調(diào)用函數(shù)指針，再通過函數(shù)指針去調(diào)用成員函數(shù)

，

每一個函數(shù)都可以用一個函數(shù)指針去指著，那么每一類中的函數(shù)指針都可以形成自己的一個表，這個就叫做虛函數(shù)表

那么在創(chuàng)建對象后，為什么類中會有四個字節(jié)的內(nèi)存空間呢？

在C++的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格說明書中說到，編譯器必需要保證虛函數(shù)表的指針存在于對象中最前面的位置（這是為了保證正確取到虛函數(shù)的偏移量）。這意味著我們通過對象實例的地址得到這張?zhí)摵瘮?shù)表，然后就可以遍歷其中函數(shù)指針，并調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。也就是說這四個字節(jié)的指針，代替了上圖中（p->*pfn）（）的作用，指向了函數(shù)指針，也就是說，在使用了虛函數(shù)的父類成員函數(shù)，雖然寫的還是p->AA(),實際上卻是，(p->*(vfptr[0])),而指向哪個虛函數(shù)表就由，創(chuàng)建的對象來決定