C++多态分析(polymorphisn)

前言

借着这次学校的生产实习来回顾下C++的多态，这里讨论下C++的多态以及实现原理。我都是在QT下使用C++的，就直接在QT下进行演示了

多态介绍

面向对象语言中最核心的几个理念就是：封装、继承、多态，其中我感觉多态是真正的核心，第一第二个只是它的辅助。同时多态又是不容易懂的，所以在这就简单的介绍下啦（虽然我也懂得不多，呵呵）

静态联编

第一个简单的小程序（重载的多态）

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

#include <QCoreApplication> #include <QDebug> class Person { public : int age; Person() : age(10){} void getAge() { qDebug() << "Person: " << age; } }; class VellBibi : public Person { public : int age; VellBibi() : age(21){} void getAge() { qDebug() << "VellBibi: " << age; } }; int main(int argc, char *argv[]) { QCoreApplication a(argc, argv); Person p; p.getAge(); VellBibi v; v.getAge(); Person *pPtr = &v; pPtr->getAge(); return a.exec(); }

运行结果

说明

VellBibi类继承了Person类，VellBibi里重载了Person的getAge()方法，这样就实现了静态的多态，它的实现过程是在编译期间的。这种多态存在硬伤，就是当使用父类指针指向子类对象时，访问的是父类的东西，而不是子类的。这个算是C++的一个特性，在java里面就没有这个情况，因为java直接就是是动态联编，java的多态里面就不存在静态联编

动态联编

第二个简单的小程序（虚函数的多态）

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

#include <QCoreApplication> #include <QDebug> class Person { public : int age; Person() : age(10){} virtual void getAge() { qDebug() << "Person: " << age; } }; class VellBibi : public Person { public : int age; VellBibi() : age(21){} virtual void getAge() { qDebug() << "VellBibi: " << age; } }; int main(int argc, char *argv[]) { QCoreApplication a(argc, argv); Person p; p.getAge(); VellBibi v; v.getAge(); Person *pPtr = &v; pPtr->getAge(); return a.exec(); }

运行结果

说明

这个小程序和上一个一样，唯一变得就是在Person的getAge()方法前加了一个virtual关键字，VellBibi可加可不加，但最好加上。在C++中virtual关键字就是用来声明虚函数的，所谓虚函数就是虚的函数嘛，呵呵，就是这个函数不是在编译期间就确定下来了，而是在运行期间动态指定的。这就是导致这个小程序和上个小程序的运行结果不同的原因，当使用父类指针指向子类对象时，调用父类虚函数时系统会自动寻找到子类对象的函数。

接下来介绍下C++是怎么实现这个动态指定过程的

多态的实现

第三个小程序（静态联编时对象的大小）

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

#include <QCoreApplication> #include <QDebug> class Person { public : int age; Person() : age(10){} void getAge() { qDebug() << "Person: " << age; } }; class VellBibi : public Person { public : int age; VellBibi() : age(21){} void getAge() { qDebug() << "VellBibi: " << age; } }; int main(int argc, char *argv[]) { QCoreApplication a(argc, argv); Person p; p.getAge(); VellBibi v; v.getAge(); Person *pPtr = &v; pPtr->getAge(); qDebug() << "PersonSize: " << sizeof(p); qDebug() << "VellBibiSize: " << sizeof(v); return a.exec(); }

运行结果

说明

这个程序只是在第一个程序上加了sizeof()，看出来了神马？Person是4个字节，也就是int age;的字节数；VellBibi是8个字节，其实就是Person的字节数加上VellBibi的int age;的字节数。

第四个小程序（动态联编时对象的大小）

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

#include <QCoreApplication> #include <QDebug> class Person { public : int age; Person() : age(10){} virtual void getAge() { qDebug() << "Person: " << age; } }; class VellBibi : public Person { public : int age; VellBibi() : age(21){} virtual void getAge() { qDebug() << "VellBibi: " << age; } }; int main(int argc, char *argv[]) { QCoreApplication a(argc, argv); Person p; p.getAge(); VellBibi v; v.getAge(); Person *pPtr = &v; pPtr->getAge(); qDebug() << "PersonSize: " << sizeof(p); qDebug() << "VellBibiSize: " << sizeof(v); return a.exec(); }

运行结果

说明

这个程序只是在第二个程序上加了sizeof()，这时会发现Person变8个字节了，为神马呢？这是两个int型的大小啊，why？好了不卖关子了，这是静态Person的大小加上一个指针的大小，那哪来的指针呢？在Person里面也没有定义啊！呵呵，这是C++编译器自动加上的，加上用来动态指定的，只要存在virtual关键字的类最上面都是有一个这样的指针，指向一个vtable虚拟表，里面记录着这个类所有包含的虚函数地址。

动态联编内存示例图：

第五个小程序（动态联编内存分析）

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

#include <QCoreApplication> #include <QDebug> class Person { public : int age; Person() : age(10){} virtual void getAge() { qDebug() << "Person: " << age; } }; class VellBibi : public Person { public : int age; VellBibi() : age(21){} virtual void getAge() { qDebug() << "VellBibi: " << age; } }; int main(int argc, char *argv[]) { QCoreApplication a(argc, argv); Person p; VellBibi v; int *pfv = (int *)&p; int *vfv = (int *)&v; qDebug() << "PersonFirstValue: " << *pfv; qDebug() << "VellBibiFirstValue: " << *vfv; qDebug() << "PersonSecondValue: " << *(pfv + 1); qDebug() << "VellBibiSecondValue: " << *(vfv + 1); qDebug() << "PersonThirdValue: " << *(pfv + 2); qDebug() << "VellBibiSThirdValue: " << *(vfv + 2); int *pt = (int *)*pfv; int *vt = (int *)*vfv; qDebug() << "PersonVTableFirstValue: " << *pt; qDebug() << "VellBibiVTableFirstValue: " << *vt; qDebug() << "PersonVTableSecondValue: " << *(pt + 1); qDebug() << "VellBibiVTableSecondValue: " << *(vt + 1); return a.exec(); }

运行结果

说明

将对象第地址强制转换成int型指针来探寻对象内部数据的情况。前两行是对象的头地址的值，很明显这是一个指针；3、4行是第二个值，都是Person的int age;变量； 5行是一个随机值，说明Person对象里面其实就只有一个int age;变量而已，其实在C++中类的实现也就是一个C语言的struct而已。再将头地址指向的vtable里的值取出来看看，7、8行就是各自vtable的第一个值，可以看出还是一个指针，指向的肯定是代码段相对应的函数啦~这两个指针指向了不同的函数，这也就是动态联编啦~当然还需要一个程序来说明，等会再说；再看看9、10行，都是0，也就是NULL很好理解，是不是似曾相识啊，没错就是字符串里的结束符啦！

第六个小程序（动态联编的美妙）

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54

#include <QCoreApplication> #include <QDebug> class Person { public : int age; Person() : age(10){} virtual void getAge() { qDebug() << "Person: " << age; } }; class VellBibi : public Person { public : int age; VellBibi() : age(21){} virtual void getAge() { qDebug() << "VellBibi: " << age; } }; int main(int argc, char *argv[]) { QCoreApplication a(argc, argv); Person p; VellBibi v; Person *vp = &v; int *pfv = (int *)&p; int *vfv = (int *)vp; qDebug() << "PersonFirstValue: " << *pfv; qDebug() << "VellBibiFirstValue: " << *vfv; qDebug(); qDebug() << "PersonSecondValue: " << *(pfv + 1); qDebug() << "VellBibiSecondValue: " << *(vfv + 1); qDebug(); qDebug() << "PersonThirdValue: " << *(pfv + 2); qDebug() << "VellBibiSThirdValue: " << *(vfv + 2); qDebug(); int *pt = (int *)*pfv; int *vt = (int *)*vfv; qDebug() << "PersonVTableFirstValue: " << *pt; qDebug() << "VellBibiVTableFirstValue: " << *vt; qDebug(); qDebug() << "PersonVTableSecondValue: " << *(pt + 1); qDebug() << "VellBibiVTableSecondValue: " << *(vt + 1); return a.exec(); }

运行结果

说明

这个应该很好理解了，只是定义了一个Person的指针vp，指向了VellBibi的对象v，然后将&v换成了vp，其他的都没变；也就是使用父类指针指向子类对象，结果可以看出和第五个程序是一样的，说明了C++的动态联编。

来道分析题

第七个小程序（问题代码）

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

#include <QCoreApplication> #include <QDebug> class Person { public : int age; Person() : age(10){} virtual void getAge() { qDebug() << "Person: " << age; } }; class VellBibi : public Person { public : int suiShu; VellBibi() : suiShu(21){} virtual void getAge() { qDebug() << "VellBibi: " << suiShu; } }; int main(int argc, char *argv[]) { QCoreApplication a(argc, argv); Person p; VellBibi v; Person *pptr = &p; int *pp = (int *)&p; int *vp = (int *)&v; *pp = *vp; pptr->getAge(); return a.exec(); }

运行结果

问题分析

结果可以看出该打印的suiShu变随机数了；我这里使用了点小计俩，我先将对象的头地址当做int看待，然后将VellBibi对象的头地址赋值给了Person对象，最后使用Person对象的指针去调它自己的函数，会发现出错了。上内存分析图吧:

没有改变Person对象头指针

改变了Person对象头指针后

继续分析，Person对象的vtable指针指向了VellBibi的vtable，当使用指针去访问时虚函数时就会做动态联编，Person对象会找到VellBibi的vtable然后找到了VellBibi的getAge(),而VellBibi的getAge()回去调它自己的变量也就是suishu变量，这下就出问题了，Person对象哪来的suishu变量？所以就系统就在那个不是Person对象内容的地方取了个值，当然这是随机的啦

---

结束语

写这篇帖子是为了明天实习的每人一讲啦~不过更是一种分享，我是从别人那得到的这份知识，想更好的让更多的人去收获这份知识，这就是分享的意义；当得知我做的努力给别人带来了帮助，我会非常高兴，这就是分享的乐趣。一起分享一起学习，Come on~~~

原文地址: http://vview.ml/2014/07/20/polymorphisn.html
written by Vell Bibi posted at VBlog