C++ 多态虚函数的底层原理深入理解

目录

• 1 多态的基本概念
• 1.1 什么是多态?
• 1.2 怎么实现多态
• 2 虚函数的底层原理

1 多态的基本概念

1.1 什么是多态?

• 多态是在不同继承关系的类对象，去调用同一函数，产生了不同的行为，通常是父类调用子类的重写函数，在C++中就是 父类指针指向子类对象，此时父类指针的向下引用就可以实现多态

比如看下面的代码：

class Animal
{
public:
  //虚函数
  virtual void speak()
  {
    cout << "动物在说话" << endl;
  }

  virtual void eat(int a )
  {
    cout << "动物在吃饭" << endl;
  }
};

class Cat :public Animal
{
public:
  void speak()
  {
    cout << "小猫在说话" << endl;
  }

  void eat(int a)
  {
    cout << "小猫在吃饭" << endl;
  }
};
class Dog :public Animal
{
public:
  void speak()
  {
    cout << "小狗在说话" << endl;
  }
};

这两个类实现集成关系，简单来说就是 Animal是父类，Cat是子类，通过父类引用调用子类函数，这就是多态（字面意思就是一个对象多个状态）,这样就 符合** 高内聚低耦合** 的设计原则，更容易 后期维护与修改

1.2 怎么实现多态

说了这么多，那么多态到底怎么实现呢？

• 想必上面代码中也已经透露出了一些信息，并且十分关键。没错，就是virtual，字面意思是 虚拟的，而也的确如此，这个关键字修饰的 函数，叫做虚函数，拥有虚函数的 类，被称为 抽象类（虚类），virtual是实现多态的必要不充分条件
• 同时 ，子类要重写父类的虚函数，什么叫重写？就是函数类型，函数名，参数列表完全相同。
• 并且父类指针还要指向子类对象，

正如下所示：

void doSpeak(Animal & animal) //Animal & animal = cat;
{
  animal.speak();
}

void test01()
{
  Cat cat;
  doSpeak(cat);

  Dog dog;
  doSpeak(dog);
}

如此方能满足实现多态的三个条件：

• 注：如果没有多态，那么父类指向子类时就无法调用子类函数，也就是此时该函数地址早就绑定好了，只能是animal说话，属于静态联编(静态)；如果想调用小猫说话，这个时候函数的地址就不能早就绑定好，而是在运行阶段再去绑定函数地址，属于地址晚绑定，叫动态联编，(动态)多态的实现就是依靠动态联编。

2 虚函数的底层原理

那么虚函数到底是怎么工作的呢?

void test02()
{
  Animal * animal = new Cat;
  ((void(*)()) (*(int *)*(int *)animal)) ();
  typedef void( __stdcall *FUNPOINT)(int);
  (FUNPOINT (*((int*)*(int*)animal + 1)))(10);
}

  Animal * animal = new Cat;

就是animal->speak();

  ((void(*)()) (*(int *)*(int *)animal)) ();

这里 *(int *)animal 解引用到虚函数表中,先将animal类型的指针强转为int *，然后解引用得到int类型的值放到虚函数表中，然后偏移相应位置指向speak()

 ((void(*)()) (*(int *)*(int *)animal)) ();

调用猫说话,因为C/C++默认调用惯例 __cdecl,而用下列调用时 是__stdcall

typedef void( __stdcall *FUNPOINT)(int);
(FUNPOINT (*((int*)*(int*)animal + 1)))(10);