了解 C++ 多态与虚函数表

什么是多态，多态有什么用途？

• 定义：“一个接口，多种方法”，程序在运行时才决定调用的函数。
• 实现：C++多态性主要是通过虚函数实现的，虚函数允许子类重写override(注意和overload的区别，overload是重载，是允许同名函数的表现，这些函数参数列表/类型不同）。
• 目的：接口重用。封装可以使得代码模块化，继承可以扩展已存在的代码，他们的目的都是为了代码重用。而多态的目的则是为了接口重用。
• 用法：声明基类的指针，利用该指针指向任意一个子类对象，调用相应的虚函数，可以根据指向的子类的不同而实现不同的方法。

关于重载、重写的区别

Overload(重载)：在C++程序中，可以将语义、功能相似的几个函数用同一个名字表示，但参数或返回值不同（包括类型、顺序不同），即函数重载。

（1）相同的范围（在同一个类中）；

（2）函数名字相同；

（3）参数不同；

（4）virtual 关键字可有可无。

Override(重写)：是指派生类函数覆盖基类函数，特征是：

（1）不同的范围（分别位于派生类与基类）；

（2）函数名字相同；

（3）参数相同；

（4）基类函数必须有virtual 关键字。

注：重写基类虚函数的时候，会自动转换这个函数为virtual函数，不管有没有加virtual，因此重写的时候不加virtual也是可以的，不过为了易读性，还是加上比较好。

虚函数表

多态是由虚函数实现的，而虚函数主要是通过虚函数表（V-Table）来实现的。

如果一个类中包含虚函数（virtual修饰的函数），那么这个类就会包含一张虚函数表，虚函数表存储的每一项是一个虚函数的地址。如下图：

这个类的每一个对象都会包含一个虚指针（虚指针存在于对象实例地址的最前面，保证虚函数表有最高的性能），这个虚指针指向虚函数表。

注：对象不包含虚函数表，只有虚指针，类才包含虚函数表，派生类会生成一个兼容基类的虚函数表。

• 原始基类的虚函数表

下图是原始基类的对象，可以看到虚指针在地址的最前面，指向基类的虚函数表（假设基类定义了3个虚函数）

• 单继承时的虚函数（无重写基类虚函数）

假设现在派生类继承基类，并且重新定义了3个虚函数，派生类会自己产生一个兼容基类虚函数表的属于自己的虚函数表。

Derive class 继承了 Base class 中的三个虚函数，准确的说，是该函数实体的地址被拷贝到 Derive类的虚函数表，派生类新增的虚函数置于虚函数表的后面，并按声明顺序存放。

• 单继承时的虚函数（重写基类虚函数）

现在派生类重写基类的x函数，可以看到这个派生类构建自己的虚函数表的时候，修改了base::x()这一项，指向了自己的虚函数。

• 多重继承时的虚函数（Derived ::public Base1,public Base2）

这个派生类多重继承了两个基类base1，base2，因此它有两个虚函数表。

它的对象会有多个虚指针（据说和编译器相关），指向不同的虚函数表。