多态原理探究-从C++编译器角度理解多态的实现原理

理论知识：

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。

当存在虚函数时，每个对象中都有一个指向虚函数表的指针（C++编译器给父类对象、子类对象提前布局vptr指针；当进行howToPrint(Parent *base)函数是，C++编译器不需要区分子类对象或者父类对象，只需要再base指针中，找vptr指针即可。）。

VPTR一般作为类对象的第一个成员。

多态的实现原理

说明1：

通过虚函数表指针VPTR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。

demo

#include <iostream>
using namespace std;

//多态成立的三个条件 
//要有继承  虚函数重写  父类指针指向子类对象 

class Parent
{
public:
	Parent(int a=0)
	{
		this->a = a;
	}

	virtual void print()  //1 动手脚  写virtal关键字 会特殊处理 //虚函数表
	{
		cout<<"父类"<<endl;
	}
	virtual void print2()  //1 动手脚  写virtal关键字 会特殊处理 //虚函数表
	{
		cout<<"父类"<<endl;
	}
private:
	int a;
};

class Child : public Parent
{
public:
	Child(int a = 0, int b=0):Parent(a)
	{
		this->b = b;
	}

	virtual void print()
	{
		cout<<"子类"<<endl;
	}
private:
	int b;
};

void HowToPlay(Parent *base)
{
	base->print(); //有多态发生  //2 动手脚  
	//效果:传来子类时，执行子类的print函数，传来父类时执行父类的print函数 
	//C++编译器根本不需要区分是子类对象，还是父类对象
	//父类对象和子类对象分步有vptr指针 , ==>虚函数表===>函数的入口地址
	//迟绑定 (运行时的时候,c++编译器才去判断)
}

int main()
{

	Parent	p1; //3 动手脚 提前布局  
				//用类定义对象的时候，C++编译器会在对象中添加一个vptr指针 
	Child	c1; //子类里面也有一个vptr指针

	HowToPlay(&p1);
	HowToPlay(&c1);

	return 0;
}

说明3 ：C++编译器，执行HowToPrint函数，不需要区分是子类对象还是父类对象

下面来证明vptr指针的存在。

demo

#include <iostream>
using namespace std;


class Parent1
{
public:
	Parent1(int a=0)
	{
		this->a = a;
	}

	void print() 
	{
		cout<<"父类"<<endl;
	}
private:
	int a;
};

class Parent2
{
public:
	Parent2(int a=0)
	{
		this->a = a;
	}

	virtual void print()  
	{
		cout<<"虚析构函数的父类"<<endl;
	}
private:
	int a;
};

int main()
{
	printf("sizeof(Parent):%d sizeof(Parent2):%d 
", sizeof(Parent1), sizeof(Parent2));
	// 结果是普通类大小为4，而把函数变成虚构函数之后大小为8，所以证明了这里vptr指针的存在性

	return 0;
}