218-C++继承与多态（虚函数、静态绑定、动态绑定）

1、静态绑定

我们知道， 高级的源代码首先要被编译成汇编码，然后汇编码被汇编器编译成机器码。
我们转成汇编看看

是编译阶段就已经确定好的函数调用，生成指令了，指定哪个作用域哪个名字的哪个函数了。

编译器看到调用方法的pb指针是基类类型的，它就去基类类型里面去查看这个方法，直接进行调用，这就是静态绑定。

#include 
#include 
using namespace std;

class Base
{
public:
	Base(int data = 10) :ma(data) {}
	void show() { cout << "Base::show()" << endl; }//#1
	void show(int) { cout << "Base::show(int)" << endl; }//#2
protected:
	int ma;
};

class Derive : public Base
{
public:
	Derive(int data = 20) :Base(data), mb(data) {}
	void show() { cout << "Derive::show()" << endl; }//#3
private:
	int mb;
};


int main()
{
	Derive d(50);
	Base* pb = &d;

	pb->show();		//静态(编译时期)的绑定(函数调用) Call Base::show (0EA1037h)
	pb->show(10);	//静态绑定	 Call Base::show (0EA12F3h) 

	cout << sizeof(Base) << endl;	//4
	cout << sizeof(Derive) << endl;	//8

	cout << typeid(pb).name() << endl;	//class Base*
	cout << typeid(*pb).name() << endl;	//class Base

	/*
	Base::show()
	Base::show(int)
	4
	8
	class Base *
	class Base
	*/

	return 0;
}

2、虚函数

我们在基类Base中的两个show方法的最前面加上virtual关键字
这2个show函数就变成虚函数了

一个类添加了虚函数，对这个类有什么影响？

总结一：

• 一个类里面定义了虚函数，那么在编译阶段，编译器给这个类类型产生一个唯一的vftable虚函数表，虚函数表中主要存储的内容就是RTTI指针和虚函数的地址。当程序运行时，每一张虚函数表都会加载到内存的.rodata区（这张表是只能读而不能改的）。
  

• RTTI指针指向一个类型字符串（这张表是哪个类型产生的，这个字符串就是哪个类型的），这张表是编译Base类产生的，所以这个RTTI指向的是一个Base类型的字符串。

• 另外，虚函数表还存储一个整数(偏移量)，偏移量在大部分情况下等于0（0表示vfptr在对象内存中的偏移量，因为vfptr的排列优先级非常高，在没有虚继承的情况下，vfptr永远在对象的前4个字节放着，所以就是在对象的起始部分，就是0）。

• 虚函数表还存储一个整数(地址)，类里有2个虚函数，所以在这里存了这2个虚函数的地址。

虚函数表结构如下：（一个类型产生一个虚函数表）

在编译器终端，先看Derive类：


再看Base类：


上面我们的虚函数表中的虚函数排列有问题：

• 纠正一下，应该是从上到下的覆盖关系

派生类将基类中的show()给覆盖掉了，如下所示：

运行的时候，定义了b1这个Base类型的对象。
b1对象的内存大小不仅仅是4个字节了。
不仅存储一个ma，还要存储一个vfptr虚函数指针(指向Base类型的虚函数表）

现在基类定义的对象占8个字节大小了。

我们再定义一个b2的Base类型对象，内存也是8字节哦，但是它们两个都是Base类型，所以它们两个的虚函数指针vfptr都是指向Base类型的虚函数表，指向的是同一个虚函数表。

总结二：

• 一个类里面定义了虚函数，那么这个类定义的对象，其运行时，内存中开始部分，多存储一个vfptr虚函数指针，指向相应类型的虚函数表vftable。
• 一个类型定义的n个对象，它们的vfptr指针指向的都是同一张虚函数表。

总结三：

• 一个类里面的虚函数的个数，不影响对象的内存大小（都是只有一个vfptr指针），但是影响的是虚函数表的大小（多存一个函数，虚函数表会变大）。

接下来我们来看看派生类有什么变化？
总结四：
如果派生类中的方法，和基类继承来的某个方法，返回值、函数名、参数列表都相同，而且基类的方法是virtual虚函数，那么派生类的这个方法，自动处理成虚函数。

那么这两个函数的关系就是覆盖的关系！

3、覆盖

图中的最上面的那个show方法和最下面的那个show方法是覆盖的关系。
派生类的show方法被自动处理成虚函数了。

我们定义2个派生类对象d1和d2
现在派生类自己也有虚函数了，从记录Base也继承过来2个虚函数；

在编译阶段
我们会个Derive这个类型产生虚函数表，因为从基类继承来了虚函数。
虚函数表先放的是RTTI指针，RTTI指向的是类型字符串（Derive类型）。
然后存储0
然后存储虚函数的地址。
因为从基类继承来2个虚函数，所以记录的是继承来的这2个虚函数的地址

但是编译器转眼一看，这个派生类里面对这个基类的show方法进行了覆盖了，或者叫做重写了，重写了这个同名的覆盖方法。

编译器就知道，不要基类的那个show方法了，因为派生类把这个不带参数的show方法重写了，所以在派生类的虚函数表里面，就要放派生类重写的show方法的虚函数地址了，这就是覆盖关系。

覆盖： 虚函数表中的虚函数地址的覆盖！

但是派生类并没有对基类的带int参数的show虚函数进行重写，所以派生类的虚函数表还是存储的是基类的带int参数的show虚函数地址。

派生类对象的内存结构：新增一个虚函数指针，指向当前类型的虚函数表。

覆盖：

• 基类和派生类的方法，返回值、函数名以及参数列表都相同，而且基类的方法是虚函数，那么派生类的方法就自动处理成虚函数，它们之间成为覆盖关系。

4、动态绑定

编译阶段，编译器看pb是基类Base类型，然后就会跑到基类的作用域里面看这个不带参数的show是什么情况，如果发现这个show是普通函数，就进行静态绑定，直接生成call:Base::show，也就是说，经过编译就知道，这里无论如何调用的都是基类Base下的show方法！

但是，如果在编译阶段，编译器发现pb是Base类型的指针， 然后它跑去Base的作用域下去查看show，发现这个show是虚函数，如果发现show是虚函数，就进行动态绑定了：

把pb指向的派生类对象的前4个字节（虚函数指针，即虚函数的地址）放到eax寄存器，再将eax内容放到edx中， edx放的是虚函数的地址；再通过edx+4找到show这个函数在虚函数表中的位置，call eax调用函数

call eax我们不知道最终调用的是哪个函数，寄存器放的是最终从虚函数表中取出来的虚函数的地址。
但是到底是哪个虚函数的地址，只有在运行的时候，通过指令在虚函数表里面找到谁的地址，调用的就是哪个函数。

在编译阶段生成的指令中，无法判断最终调用的是哪个函数，我们称作动态绑定

样的这句代码，编译器在编译的时候看到这个指针pb是Base类型的，跑去Base类型的作用域下查看，发现这个带int类型的show方法是虚函数，就得进行动态绑定了。和刚才叙述的情况一样。

虚函数的定义的顺序和在虚函数的表的位置有关。先定义的放在虚函数表的前面。

	cout << sizeof(Base) << endl;//8
	cout << sizeof(Derive) << endl;//12

	cout << typeid(pb).name() << endl;//class Base*
	/*
	pb的类型：编译器查看是Base -> 然后看它有没有虚函数
	如果Base没有虚函数，*pb识别的就是编译时期的类型  *pb <=> Base类型
	如果Base有虚函数，*pb识别的就是运行时期的类型 --》就是RTTI类型 在虚函数表中存着 
	通过pb->d(vfptr)->Derive vftable 因为指向的是派生类对象，
	所以最终访问的就是class Derive 虚函数表 访问的就是派生类类型
	*/ 
	cout << typeid(*pb).name() << endl;//class Derive 

总结

我们在回答时，可以从指令上说：

• 静态绑定： 在编译时期绑定，对普通函数的调用；生成的指令，直接call具体的函数；
• 动态绑定： 在运行时期绑定，对虚函数的调用；call的是一个寄存器，寄存器存放的是什么地址，只有在运行的时候才会知道！