C++中多态实现机制

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多态是一种不同的对象以单独的方式作用于相同消息的能力，这个概念是从自然语言中引进的。例如，动词“关闭”应用到不同的事务上其意思是不同的。关门，关闭银行账号或关闭一个程序的窗口都是不同的行为；其实际的意义取决于该动作所作用的对象。
大多数面向对象语言的多态特性都仅以虚拟函数的形式来实现，但C++除了一般的虚拟函数形式之外，还多了两种静态的（即编译时的）多态机制：

1、操作符重载：例如，对整型和串对象应用 += 操作符时，每个对象都是以单独的方式各自进行解释。显然，潜在的 += 实现在每种类型中是不同的。但是从直观上看，我们可以预期结果是什么。

2、模板：例如，当接受到相同的消息时，整型vector对象和串vector对象对消息反映是不同的，我们以关闭行为为例：

vector < int > vi;   vector < string > names; 

string name("VC知识库");

vi.push_back( 5 ); // 在 vector 尾部添加整型
names.push_back (name); // 添加串和添加整型体现差别的潜在的操作

静态的多态机制不会导致与虚拟函数相关的运行时开。此外，操作符重载和模板两者是通用算法最基本的东西，在STL中体现得尤为突出。

那么接下来我们说说以虚函数形式多态：

通常都有以重载、覆盖、隐藏来三中方式，三种方式的区别大家应该要很深入的了解，这里就不多说了。

C++的多态性搞混淆，下面我从两方面为大家解说：

      1、 编译的角度

C++编译器在编译的时候，要确定每个对象调用的函数的地址，这称为早期绑定（early binding）。

2、 内存模型的角度

为了确定对象调用的函数的地址，就要使用迟绑定（late binding）技术。当编译器使用迟绑定时，就会在运行时再去确定对象的类型以及正确的调用函数。而要让编译器采用迟绑定，就要在基类中声明函数时使用virtual关键字（注意，这是必须的，很多开发人员就是因为没有使用虚函数而写出很多错误的例子），这样的函数我们称为虚函数。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，而不需要再显式地声明为virtual。

那么如何定位虚表呢？编译器另外还为每个类的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，从而在调用虚函数时，就能够找到正确的函数。

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的。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。那么虚表指针在什么时候，或者说在什么地方初始化呢？

答案是在构造函数中进行虚表的创建和虚表指针的初始化。还记得构造函数的调用顺序吗，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，并不知道后面是否后还有继承者，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。

要注意：对于虚函数调用来说，每一个对象内部都有一个虚表指针，该虚表指针被初始化为本类的虚表。所以在程序中，不管你的对象类型如何转换，但该对象内部的虚表指针是固定的，所以呢，才能实现动态的对象函数调用，这就是C++多态性实现的原理。

总结（基类有虚函数）：

1、 每一个类都有虚表。

2、 虚表可以继承，如果子类没有重写虚函数，那么子类虚表中仍然会有该函数的地址，只不过这个地址指向的是基类的虚函数实现。如果基类3个虚函数，那么基类的虚表中就有三项（虚函数地址），派生类也会有虚表，至少有三项，如果重写了相应的虚函数，那么虚表中的地址就会改变，指向自身的虚函数实现。如果派生类有自己的虚函数，那么虚表中就会添加该项。

3、 派生类的虚表中虚函数地址的排列顺序和基类的虚表中虚函数地址排列顺序相同。

总结：

百度电话面试时，面试过我这个问题，这个机制我之前是有过了解的，但平时主要用的是C，因此记忆有些模糊了，但是仍然答对了主要的部分，但是面试官一直要问到底，非要我把我完整的机制的说出来不行；除了这个问题之外，还问我过一个感觉最后成就的一件事，我就把我花一个周定位的问题说了一下，对于我负责的程序，是十分要求效率的，调用频繁的函数都不会有指针的非空判断，但是流程出了问题，那函数就会异常，最终这个问题，我分析异常栈，分析代码流程，最终花了2个周的时间定位了这个问题，面试官却一直纠结于说，函数没有判断入参指针是个Bug，不能把这个Bug当作一个有成就的事情；这确实让我很无语，也寄予百度一些希望，即使是电话面试，也要派一个真正的面试官吧。