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(){Parentp1; //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 Childc1; //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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从C++编译器角度理解多态的实现原理

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