剖析C++多态：用C实现简单多态

怎样用C语言实现多态，首先想到的应该是去模拟C++的虚函数。

在C++中，每一个含有虚函数的类，都有一个虚函数表。对于类的每一个对象，都有一个指向虚函数表的指针。

用C语言模拟这个过程。先考虑最简单的情况，只含有一个虚函数的类，并且只有构造函数，没有虚析构函数。 

假设这个类Base有一个int类型的成员变量val，虚函数run(int num)能够输出(val+num)的值。它的派生类Derived的结构与它类似，但是函数run(int num)输出(val*num)的值。 

C语言中并没有类，所以我们用结构体来代替类，用含有指向类的指针的函数来表示类的成员函数。

代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef int (*PFUNC)(void*, int); // 函数指针
/*这个声明引入了 PFUNC 类型作为函数指针的同义字，该函数有个 void* 和 int 类型的参数以及一个 int 类型的返回值。 */
/*基类*/
typedef struct BASE {
PFUNC VIRTUAL;
int val;
} Base;

int BASE_RUN(void* self, int num) {
return ((Base*)self)->val + num;
}

Base* CONS_BASE(int val) {
Base* p = malloc(sizeof(Base));
p->VIRTUAL = BASE_RUN;
p->val = val;
return p;
}

/*派生类*/
typedef struct DERIVED {
PFUNC VIRTUAL;
int val;
} Derived;

int DERIVED_RUN(void* self, int num) {
return ((Derived*)self)->val * num;
}

Derived* CONS_DERIVED(int val) {
Derived* p = malloc(sizeof(Derived));
p->VIRTUAL = DERIVED_RUN;
p->val = val;
return p;
}

/*虚函数*/
int run(Base* p, int num) {
return p->VIRTUAL((void*)p, num);
}

int main()
{
Base* base = CONS_BASE(10);
Base* derived = (Base*)CONS_DERIVED(10);
int val_base = run(base, 10);
int val_derived = run(derived, 10);
printf("Base:%d\nDerived:%d\n", val_base, val_derived);
return 0;
}

函数CONS_BASE, CONS_DERIVED返回对象指针，可以看作类的构造函数。函数run可以看作是Base类的成员函数。 

通过结构体的定义可以看出，结构体中有一个指向函数的指针VIRTUAL，他的作用类似于虚函数表，只不过因为表中只有一个函数，因此省略了表的结构。 

在构造函数中，除了初始化val的值，还将函数BASE_RUN、DERIVED_RUN赋值给了函数指针VIRTUAL。当调用run时，通过self指针找到函数指针VIRTUAL。虽然self指针是指向Base的指针，但是由于Base与Derived的前4个字节（32位）都是VIRTUAL指针，所以当基类的指针指向派生类时，VIRTUAL指针指向的也是派生类的成员函数DERIVED_RUN。这样就实现了简单的多态。 

运行结果如下：

Base:20 

Derived:100

成功。

复杂版本的思路： 

首先结构体里指向函数的指针要改成(void**)类型，指向一个虚函数表。而虚函数表要通过另外的一个函数初始化。各个函数在表中的位置要手动的指定，比如run函数在表中第一位，go函数在表中第二位。当调用函数时，首先找到虚函数表，再根据不同的编号去找到表中对应位的函数进行调用。

可以发现虚函数的调用比普通的函数调用多了一个查表的过程，降低了一点效率。