C++ 多态性虚函数和动态绑定学习笔记

C++ 多态性

C++中的多态性通过虚函数和动态绑定来实现, 下面简单介绍一下多态的实现：

• 虚函数：在基类中声明虚函数，通过在成员函数前面加上virtual关键字来标识。虚函数允许子类对其进行重写（覆盖），从而实现多态。基类中的虚函数只有函数声明，没有具体的实现。
• 动态绑定：基于对象的类型来选择调用的函数，而不是基于指针或引用的类型。在编译时，编译器会根据指针或引用的静态类型进行函数调用；而在运行时，根据指针或引用所指向的对象的实际类型来决定调用哪个函数。这种在运行时确定调用的函数称为动态绑定。
• 虚函数表（vtable）：编译器会为每一个包含虚函数的类生成一个虚函数表，该表存储了虚函数的地址。对象的内存布局中会包含一个指向虚函数表的指针，称为虚函数指针（vptr）。虚函数指针指向当前对象的虚函数表，通过虚函数表来找到具体的虚函数地址。
• 多态调用过程：当通过指针或引用调用虚函数时，首先会根据指针或引用的静态类型找到对应的虚函数表，然后根据虚函数表中的偏移量找到具体的虚函数地址，最终调用对应的函数。

示例代码

class Animal {
public:
    virtual void sound() {
        std::cout << "动物能叫" << std::endl;
    }
};
class Dog : public Animal {
public:
    void sound() override {
        std::cout << "Dog's voice sounds like Wangwang." << std::endl;
    }
};
class Cat : public Animal {
public:
    void sound() override {
        std::cout << "Cat's voice sounds like Miaomiao." << std::endl;
    }
};
int main() {
    Animal* animalPtr;
    Dog dog;
    Cat cat;
    animalPtr = &dog;
    animalPtr->sound();  // 输出: Dog's voice sounds like Wangwang.
    animalPtr = &cat;
    animalPtr->sound();  // 输出: Cat's voice sounds like Miaomiao.
    return 0;
}

在上述示例中，Animal类是基类，Dog和Cat类分别是派生类。它们都重写（覆盖）了基类的sound函数。通过基类指针animalPtr指向不同的派生类对象，并调用sound函数。在运行时，根据指针所指向的对象的实际类型来选择调用哪个函数，实现了多态性。

总之，C++中的多态通过虚函数和动态绑定来实现。虚函数允许子类对其进行重写，动态绑定根据对象的实际类型来确定调用哪个函数。使用虚函数表和虚函数指针来实现动态绑定。这种机制能够提供更灵活的代码设计和对象行为的多样性。

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