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 \n", 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; }
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