c++ 多态的实现及原理
1. 什么是多态？
多态就是多种形态，C++的多态分为静态多态与动态多态。静态多态就是重载，因为在编译期决议确定，所以称为静态多态。动态多态就是通过继承重写基类的虚函数实现的多态，因为是在运行时决议确定，所以称为动态多态。运行时在虚函数表中寻找调用函数的地址。
c++的多态性用一句话概括：在基类的函数前加上virtual关键字，在派生类中重写该函数，运行时将会根据对象的实际类型来调用相应的函数。如果对象类型是派生类，就调用派生类的函数；如果对象类型是基类，就调用基类的函数。
2. 如何实现多态？
例子1：
#include
#include
using namespace std;
class Father
{
public:
void Face()
{
cout << "Father's face." << endl;
}
void Say()
{
cout << "Father say hello." << endl;
}
};
class Son : public Father
{
public:
void Say()
{
cout << "Son say hello." << endl;
}
};
int main(int argc, char** argv)
{
Son son;
Father* pFather = &son;
pFather->Say();
return 0;
} 输出结果：
分析：我们在main()函数中首先定义了一个Son类的对象son，接着定义了一个指向Father类的指针变量pFather，然后利用该变量调用pFather->Say().估计很多人往往把这种情况和c++的多态搞混淆，认为son实际上是Son类的对象，应该调用Son类的Say，输出“Son say hello”，然而结果确不是。
从编译的角度来看：
c++编译器在编译的时候，要确定每个对象调用的函数（非虚函数）的地址，这成为早期绑定，当我们将Son类的对象son的地址赋给pFather时，c++编译器进行了类型转换，此时c++编译器认为变量pFather保存的就是Father对象的地址，当在main函数中执行pFather->Say()，调用的当然就是Father对象的San函数
从内存的角度看：
Son类对象的内存模型如上图，我们构造Son类的对象时，首先要调用Father类的构造函数去构造Father类的对象，然后才调用Son类的构造函数完成自身部分的构造，从而拼接出一个完整的Son类对象。当我们将Son类对象转换为Father类型时，该对象就被认为是原对象整个内存模型的上半部分，也就是图中“Father的对象所占内存”，那么当我们利用类型转换后的对象指针去调用它的方法时，当然也就是调用它所在的内存中的方法。因此，输出“Father Say hello.”。
例子2：
#include
#include
using namespace std;
class Father
{
public:
void Face()
{
cout << "Father's face." << endl;
}
virtual void Say()
{
cout << "Father say hello." << endl;
}
};
class Son : public Father
{
public:
void Say()
{
cout << "Son say hello." << endl;
}
};
int main(int argc, char** argv)
{
Son son;
Father* pFather = &son;
pFather->Say();
return 0;
} 输出结果：
备注：代码稍微改动一下，只是在Father类的Son函数前添加virtual。
分析：
我们知道pFather实际上指向的是Son类的对象，我们希望输出的结果是Son类的Say方法，那么想要达到这种结果，就要用到虚函数了。
前面输出的结果因为编译器在编译的时候，就已经确定了对象调用的函数的地址，要解决这个问题就要使用晚绑定，当编译器使用晚绑定的时候，就会在运行时再去确定对象的类型以及正确的调用函数，而要让编译器采用晚绑定，就要在基类中声明函数时使用virtual关键字，这样的函数我们就称之为虚函数，一旦某个函数在基类中声明为virtual，那么在所有的派生类中该函数都是virtual，而不需要再显式的声明为virtual。
编译器在编译的时候，发现Father类中有虚函数，此时编译器会为每一个包含虚函数的类创建一个虚表（即vtable），该表是一个一维数组，在这个数组中存放每一个虚函数的地址。
那么如何定位虚表呢？编译器另外还为每个对象提供了一个虚表指针（即vptr），这个指针指向了对象所属类的虚表，在程序运行时，根据对象的类型去初始化vptr，从而让vptr正确的指向所属类的虚表，从而在调用虚函数的时候，能够找到正确的函数。对于第二段代码程序，由于pFather实际指向的对象类型是Son，因此vptr指向的Son类的vtable，当调用pFather->Son（）时，根据虚表中的函数地址找到的就是Son类的Say（）函数。
正是由于每个对象调用的虚函数都是通过虚表指针来索引的，也就决定了虚表指针的正确初始化是非常重要，换句话说，在虚表指针没有正确初始化之前，我们不能够去调用虚函数，那么虚表指针是在什么时候，或者什么地方初始化呢？
答案就是在构造函数中进行虚表的创建和虚表指针的初始化，在构造子类对象时，要先调用父类的构造函数，此时编译器只看到了父类，并不知道后面是否还有继承者，它初始化父类对象的虚表指针，该虚表指针指向父类的虚表，当执行子类的构造函数时，子类对象的虚表指针被初始化，指向自身的虚表。
当且仅当通过指针或引用调用虚函数时，才会在运行时解析该调用，也只有在这种情况下对象的动态类型才有可能与静态类型不同。
3. 多态的实现原理
1. 用virtual关键字声明的函数叫做虚函数，虚函数肯定是类的成员函数。
2. 存在虚函数的类都有一个一维的虚函数表叫做虚表。当类总声明虚函数时，编译器会在类中生成一个虚函数表。
3. 类的对象有一个指向虚表开始的虚指针，使调用虚函数时，能够找到正确函数。虚表和类是对应的，虚表指针和对象是对应的。
补充：虚函数表是一个存储类成员函数指针的数据结构，是由编译器自动生成和维护的。 当存在虚函数时，每个对象中都有一个指向虚函数的指针vptr，vptr一般作为类对象的第一个成员。