C++中的多态

【1】表现形式：同样的调用语句有多种不同的表现形态

【2】分类：静态联编和动态联编

静态联编有函数重载(运算符重载是特殊的函数重载),模板

【3】重点说下动态联编

【3.1】动态联编的实现需要以下步骤：

1. 有继承关系、
2. 父类函数有virtual关键字
3. 子类对父类对虚函数进行重写
4. 父类的指针（引用）指向子类对象
5. 通过父类的指针调用虚方法触发多态

【3.2】动态联编的编译器实现原理

当类中声明虚函数时，编译器会在类中生成一个虚函数表

虚函数表是一个存储类成员函数指针的数据结构

虚函数表是由编译器自动生成与维护的

virtual成员函数会被编译器放入虚函数表中 

存在虚函数时，够造对象时，对象中都有一个指向虚函数表的指针(vfptr指针) 

Vfptr   virtual function pointer 

如我们有下面的这个函数：

Class parent

{

Public:

Virtual func();

}

Class son:public parent

{

Public:

Virtual func();

}

void run(parent*p)

{

p->func();

}

编译器来确定func是否为虚函数

a.如果不是虚函数，编译器可以直接确定调用的函数，静态联编，根据parent类型来确定，编译完成之后就知道调用哪个函数地址了。

b.如果是虚函数，编译器根据对象p的vptr指针，所指的虚函数表中查找func函数，并调用，查找和调用时在执行时完成，动态联编。

说明1：

通过虚函数表指针VFPTR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

这里先给出一个图片来简单表示下，单继承的情况下，虚函数表的由来：

再给出一个证明虚函数的例子，以及探究虚函数表内部机构的例子：

参考链接：C++ 虚函数表解析---陈皓改进版_啊大1号的博客-CSDN博客_虚表 陈皓

#include<iostream>
using namespace std;
class Base {public:virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }
};typedef void(*Fun)(void);/*事实上，楼主写的一开始就是错的，虚函数表是类对象之间共享的，* 而非每个对象都保存了一份，楼主得到的也只是虚指针的地址，* 而非虚函数表的地址，事实上对虚函数指针的地址解引用得到的才* 是虚函数表的地址（因为虚函数指针指向虚函数表），以上经过理论和实际验证。
MyClass mc;//奇技淫巧、用int*只是因为32位系统中指针大小跟int相同//  pFun = (Fun)*( (int*)*(int*)(&mc)+1);//跟下面一样auto a1 = (int*)&mc;//找到虚指针的位置(地址)auto a2 = *a1;//得到虚指针的内容(指向的虚表的地址)auto a3 = (int*)a2;//得到虚表的地址pFun = (Fun)*(a3+1);//偏移得到虚表中某个虚函数的地址，解引用得到函数本身pFun();* */int main(){//虚函数表是用这个数组实现的 现在已经确定了cout<<sizeof(int)<<sizeof(long long)<<endl;Base b;Fun pFun = NULL;cout << "虚函数（表）指针 地址：" << (long long *)(&b) << endl;cout << "虚函数表 — 的地址：" << (long long*)*(long long *)(&b) << endl;
// Invoke the first virtual function// 这里才得到第一个虚函数的地址pFun = (Fun)*((long long *)*(long long *)(&b)+0);pFun();pFun = (Fun)*((long long *)*(long long *)(&b)+1);pFun();pFun = (Fun)*((long long *)*(long long *)(&b)+2);pFun();
}

这个时候你应该懂了吧。什么？还是有点晕。也是，这样的代码看着太乱了。没问题，让我画个图解释一下。如下所示：

注意：在上面这个图中，我在虚函数表的最后多加了一个结点，这是虚函数表的结束结点，就像字符串的结束符'\0'一样，其标志了虚函数表的结束。这个结束标志的值在不同的编译器下是不同的。在WinXP+VS2003下，这个值是NULL。而在Ubuntu 7.10 + Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3下，这个值如果是1，表示还有下一个虚函数表，如果值是0，表示是最后一个虚函数表。

下面，我将分别说明“无覆盖”和“有覆盖”时的虚函数表的样子。没有覆盖父类的虚函数是毫无意义的。我之所以要讲述没有覆盖的情况，主要目的是为了给一个对比。在比较之下，我们可以更加清楚地知道其内部的具体实现。

一般继承（无虚函数覆盖）

下面，再让我们来看看继承时的虚函数表是什么样的。假设有如下所示的一个继承关系：

请注意，在这个继承关系中，子类没有重载任何父类的函数。那么，在派生类的实例中，其虚函数表如下所示：

对于实例：Derive d; 的虚函数表如下：

我们可以看到下面几点：

1）虚函数按照其声明顺序放于表中。

2）父类的虚函数在子类的虚函数前面。

我相信聪明的你一定可以参考前面的那个程序，来编写一段程序来验证。

 一般继承（有虚函数覆盖）

 覆盖父类的虚函数是很显然的事情，不然，虚函数就变得毫无意义。下面，我们来看一下，如果子类中有虚函数重载了父类的虚函数，会是一个什么样子？假设，我们有下面这样的一个继承关系。

为了让大家看到被继承过后的效果，在这个类的设计中，我只覆盖了父类的一个函数：f()。那么，对于派生类的实例，其虚函数表会是下面的一个样子：

 

我们从表中可以看到下面几点，

1）覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。

2）没有被覆盖的函数依旧。

这样，我们就可以看到对于下面这样的程序，

    Base *b = new Derive();b->f();

由b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被Derive::f()函数地址所取代，于是在实际调用发生时，是Derive::f()被调用了。这就实现了多态。