C++中多态的原理【精华】

虚函数表

通过一道题我们先感受一下编译器针对多态的处理

#include <iostream>
using namespace std;class Base
{
public:virtual void Func1(){cout << "Func1()" << endl;}
private:int _b = 1;char _c
};int main()
{cout << sizeof(Base) << endl;return 0;
}

在x64环境下，显示的结果是12字节

为什么是12字节呢？一个int就4字节，一个char就1字节，内存对齐一下也是8字节呀！为什么显示的结果是12字节呢？ 我们调试代码，看看内部结构

通过调试我们发现Base创建的对象里面有一个指针_vfptr，如果我们计算sizeof的时候把这个指针算上的话刚刚好的12字节！

那么疑问来了，这个指针到底是什么？为什么会出现在对象里面？这个指针到底有什么作用？

这个指针我们叫做虚函数表指针(v代表virtual，f代表function)。一个含有虚函数的类中都至少都有一个虚函数表指针，因为虚函数的地址要被放到虚函数表中，虚函数表也简称虚表，。那么子类中这个表放了些什么呢？我们接着往下分析

#include <iostream>
using namespace std;class Base
{
public:virtual void Func1(){cout << "Func1()" << endl;}virtual void Func2(){cout << "Func2()" << endl;}void Func3(){cout << "Func3()" << endl;}
private:int _b = 1;char _c;
};int main()
{cout << sizeof(Base) << endl;Base b;return 0;
}

通过监视窗口再来看：

我们发现这个指针指向一个数组（虚函数表），这个数组（表）里面存的就是虚函数的地址

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知道了包含虚函数的类里面会出现一个指针，这个指针指向一个指针数组，数组里面保存的是类里面的虚函数，接下来我们看看多态的原理

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多态的原理

提示：这里可以添加本文要记录的大概内容：

class Person {
public:virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }virtual void func(){}
private:int _a = 1; 
};class Student : public Person {
public:virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }
private:int _b = 0; 
};void Func(Person& p)
{p.BuyTicket();
}int main()
{Person p;Student s;Func(p);Func(s);return 0;
}

我们看一下父类的虚表指针

我们看到Person对象里面的_vfptr指向的指针数组里面有两个指针，说明保存的是两个地址，我们看看这两个地址是什么？

然后我们看一下_vfptr指针指向的数组里面保存的地址

再看一下子类的虚表指针

虚函数需要被重写，一开始子类会将虚函数进行直接拷贝，重写虚函数之后，虚函数的地址就发生改变了

那为什么多态的原理和指向的对象有关？和虚表有什么关系？

父类对象找到虚函数表的地址，在表里面找到虚函数的地址，因为这里是父类对象，直接调用父类对象的虚函数
子类对象赋值给父类对象，这样会产生“切片”，找到子类中父类的那一部分，寻找到虚函数表的地址，但是虚函数表里存的是子类重写的父类虚函数的地址，所以此时_vfptr指向的其实是子类的虚函数指针数组，自认而然掉用的是子类的虚函数

那为什么不使用指针和引用后，就不构成多态了呢？

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;class Person {
public:virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }virtual void func() {}
private:int _a = 1;
};class Student : public Person {
public:virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }
private:int _b = 0;
};void Func(Person p)
{p.BuyTicket();
}int main()
{Person p;Student s;Func(p);Func(s);return 0;
}

因为指针和引用是指向子类对象切割出来的父类对象的那一部分
不使用指针和引用后，直接将子类传递给父类，切割出来的子类对象中父类的那一部分，成员拷贝给父类，但是不会拷贝虚表指针