多态的实现原理

一、虚表

在C++语言中，每个有虚函数的类或者虚继承的子类，编译器都会为它生成一个虚拟函数表（简称：虚表），表中的每一个元素都指向一个虚函数的地址。（注意：虚表是从属于类的）

此外，编译器会为包含虚函数的类加上一个成员变量，是一个指向该虚函数表的指针（常被称为vptr），每一个由此类别派生出来的类，都有这么一个vptr。虚表指针是从属于对象的。也就是说，如果一个类含有虚表，则该类的所有对象都会含有一个虚表指针，并且该虚表指针指向同一个虚表。

虚表的内容是依据类中的虚函数声明次序--填入函数指针。派生类别会继承基础类别的虚表（以及所有其他可以继承的成员），当我们在派生类中改写虚函数时，虚表就受了影响；表中的元素所指的函数地址将不再是基类的函数地址，而是派生类的函数地址。

 

二、多态实现的原理（摘自网上）http://blog.csdn.net/haoel/article/details/1948051/#comments

下面，我将分别说明"无覆盖"和"有覆盖"时的虚函数表的样子。没有覆盖父类的虚函数是毫无意义的。我之所以要讲述没有覆盖的情况，主要目的是为了给一个对比。在比较之下，我们可以更加清楚地知道其内部的具体实现。

  

一般继承（无虚函数覆盖）

  

下面，再让我们来看看继承时的虚函数表是什么样的。假设有如下所示的一个继承关系：

  



  

请注意，在这个继承关系中，子类没有重载任何父类的函数。那么，在派生类的实例中，其虚函数表如下所示：

  

对于实例：Derive d; 的虚函数表如下：



  

我们可以看到下面几点：

1）虚函数按照其声明顺序放于表中。

2）父类的虚函数在子类的虚函数前面。

  

我相信聪明的你一定可以参考前面的那个程序，来编写一段程序来验证。

 

 

 

一般继承（有虚函数覆盖）
  

覆盖父类的虚函数是很显然的事情，不然，虚函数就变得毫无意义。下面，我们来看一下，如果子类中有虚函数重载了父类的虚函数，会是一个什么样子？假设，我们有下面这样的一个继承关系。

  

 


  

为了让大家看到被继承过后的效果，在这个类的设计中，我只覆盖了父类的一个函数：f()。那么，对于派生类的实例，其虚函数表会是下面的一个样子：

  



  

我们从表中可以看到下面几点，

1）覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。

2）没有被覆盖的函数依旧。

  

这样，我们就可以看到对于下面这样的程序，

  

            Base *b = new Derive();

  

            b->f();

  

由b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被Derive::f()函数地址所取代，于是在实际调用发生时，是Derive::f()被调用了。这就实现了多态。

  

  

  多重继承（无虚函数覆盖）

多重继承（无虚函数覆盖）

  

下面，再让我们来看看多重继承中的情况，假设有下面这样一个类的继承关系。注意：子类并没有覆盖父类的函数。

  


 

  

对于子类实例中的虚函数表，是下面这个样子：



  

我们可以看到：

1）  每个父类都有自己的虚表。

2）  子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。（所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的）

  

这样做就是为了解决不同的父类类型的指针指向同一个子类实例，而能够调用到实际的函数。

  

  

  

多重继承（含虚函数的覆盖）  

多重继承（有虚函数覆盖）

  

下面我们再来看看，如果发生虚函数覆盖的情况。

  

下图中，我们在子类中覆盖了父类的f()函数。

  


 

  

下面是对于子类实例中的虚函数表的图：

  



  

我们可以看见，三个父类虚函数表中的f()的位置被替换成了子类的函数指针。

 

三、重载、隐藏、覆盖区别

重载：针对同一类，函数名字相同，参数列表不同，和返回值无关即返回值不能作为函数重载的判断条件。

函数的两个要素：参数与返回值。

如果同名函数的参数不同（包括类型、顺序不同），那么容易区别出它们是不同的函数。

如果同名函数仅仅是返回值类型不同，有时可以区分，有时却不能。例如：

void Function(void);

int Function (void);

上述两个函数，第一个没有返回值，第二个的返回值是int 类型。如果这样调用函数：

int x = Function ();

则可以判断出Function 是第二个函数。问题是在C++/C 程序中，我们可以忽略函数的返回值。在这种情况下，编译器和程序员都不知道哪个Function 函数被调用。

所以只能靠参数而不能靠返回值类型的不同来区分重载函数。编译器根据参数为每个重载函数产生不同的内部标识符。

 

隐藏：基于继承，通过子类的对象 就无法调动父类的相同名字的函数（只要名字相同）

 

覆盖：1子类继承基类 2.父类有虚函数3.通过父类指针或者引用-----》通过接口实现多态。