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

从底层的角度Func函数中ptr->BuyTicket()，是如何作为ptr指向Person对象调Person::BuyTicket，

ptr指向Student对象调用Student::BuyTicket的呢？

通过下图我们可以看到，满足多态条件后，底层不再是编译时通过调用对象确定函数的地址，而是运行时到指向的对象的虚表中确定对应的虚函数的地址，这样就实现了指针或引用指向基类就调用基类的虚函数，指向派生类就调用派生类对应的虚函数。

第一张图，ptr指向的Person对象，调用的是Person的虚函数；第二张图，ptr指向的Student对

象，调用的是Student的虚函数。

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

对不满足多态条件(指针或者引用+调用虚函数)的函数调用是在编译时绑定，也就是编译时确定调用函数的地址，叫做静态绑定。

满足多态条件的函数调用是在运行时绑定，也就是在运行时到指向对象的虚函数表中找到调用函数

的地址，也就做动态绑定。

// 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。

派生类的虚函数表中包含，基类的虚函数地址，派生类重写的虚函数地址，派生类自己的虚函数地址三个部分。

虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组，一般情况这个数组最后面放了一个0x00000000标 记。(这个C++并没有进⾏规定，各个编译器自行定义的，vs系列编译器会再后面放个0x00000000 标记，g++系列编译不会放)

虚函数存在哪的？虚函数和普通函数一样的，编译好后是一段指令，都是存在代码段的，只是虚函 数的地址又存到了虚表中。

虚函数表存在哪的？这个问题严格说并没有标准答案C++标准并没有规定，

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func1virtual 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。