深入理解C 多型及實現機制

1、多型

多型是物件導向程式的核心概念。c++的多型實現是基於繼承和虛函式，這種實現稱為動態多型性。多型性可以簡單的概括為「1個介面，多種方法」，在程式執行的過程中才決定呼叫的機制，簡單的說就是可以通過父類指標呼叫子類的函式，可以讓父類指標有多種形態。

2、問題引入

先看下面幾個問題：

//code sample1
class a
};class b :public a
};int main(void)
};class b:public a
};int main(void)
};class b:virtual public a
};int main(void)
virtual void funca(){}
virtual void func()
}; classb : public a
virtual void funcb(){}
virtual void func()
}; int main(void)

輸出的結果是：class b's func.

多型就是多種狀態，乙個事物可能有多種表現形式，譬如動物，有十二生肖甚至更多的表現形式。當基類裡實現了某個虛函式，但派生類沒有實現，那麼類 b 的例項裡的虛函式表中放置的就是 &a::func。此外，派生類也實現了虛函式，那麼類 b 例項裡的虛函式表中放置的就是 b::func。a *pa = new b; 因為 b 實現了 func，那麼它被放入 a 例項的虛函式表中，從而代替 a 例項本身的虛函式。pa->func(); 呼叫的結果就不稀奇了，這是虛函式機制帶來的。

class a 和 class b 的記憶體布局和 vptr 可能是下面的樣子：

———-

| int a |

———-

| vptr | ——–>| &a::funca()

———- ————————————————-

| &a::func()

————————————————-

———-

| int a |

———-

| vptr | ——–>| &a::funca() 依舊是 a 的虛函式

———- ————————————————-

| int b | | &b::func() a::func()

———- ————————————————-

| &b::funcb()

————————————————-

總結一下：

4、多重繼承

class a
int a;
void fooa(){}
virtual void func();
virtual void funca()}; 
class b
int b;
void foob(){}
virtual void func();
virtual void funcb()}; 
class c : public a,public b
int c;
void fooc(){}
virtual void func();
virtual void funcc()}; 
int main(void)

當用基類的指標指向乙個派生類的實體地址，基類有兩種情況，一種是 class a 和 class b，如果是 a，問題容易解決，幾乎和上面單一繼承情況類似；但倘若是 b，要做位址上的轉換，情況會比前者複雜。先展現class a，b，c 的記憶體布局和 vptr：

———-

| int a |

———-

| vptr | ——–>| &a::~a()

———- ————————————————-

| &a::func()

————————————————-

| &a::funca()

————————————————-

———-

| int b |

———-

| vptr | ——–>| &b::~b()

———- ————————————————-

| &b::func()

————————————————-

| &b::funcb()

————————————————–

| &c::~c() &a::~a()

———- ————————————————-

| int a | | &c::func() &a::func()

———- ————————————————-

———- | &c::funcc()

| vptr | ——–>————————————————-

———- | &a::funca()

———- ————————————————-

| int b | | &b::funcb() 跳

———- ————————————————-

———-

| vptr | ——–>| &c::~c() &b::~b() 跳

———- ————————————————-

| int c | | &c::func() &b::func() 跳

———- ————————————————-

| &b::funcb()

多重繼承中，會有保留兩個虛函式表，乙個是與 a 共享的，乙個是與 b 相關的，他們都在原有的基礎上進行了修改：

對於 a 的虛函式表：

對於 b 的虛函式表：

int main(void)

輸出結果是：

c func.

funcc.

c destruction

b destruction

a destruction

c destruction

b destruction

a destruction

c destruction

b destruction

a destruction

7 行和 8 行的行為有很大的區別，7 行的呼叫和上面的單一繼承的情況類似，不贅述。8 行的 pb->func(); 中，pb 所指向的是上圖第 9 行的位置，編譯器已在內部做了轉換，也就是 pa 和 pb 所指的位置不一樣，pa 指向的是上圖第 3 行的位置。接著需要注意的是，pb->func(); 呼叫時，在虛函式表中找到的位址需要再進行一次跳轉，目標是 a 的虛函式表中的 &c::func()，然後才真正執行此函式。所以，上面的情況作了指標的調整。

那什麼時候會出現跳，常見的有兩種情況：

右端基類，對應上面的具體是 b，呼叫派生類虛函式，比如 pb->~c() 和 pb->func()

派生類呼叫右端基類的虛函式，比如 pc->funcb()

所以 delete pa; 和 delete pa; 的操作是不一樣的，pb->funcb(); 和 pc->funcb(); 也不一樣。

c++ 為實現多型引入虛函式機制，帶來了空間和執行上的折損。

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