C++多态的实现原理
2023-07-05 07:54:34
深夜i
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C++
多态
实现
原理
虚函数
C++是一种面向对象的编程语言,在它的面向对象编程中,有一个重要的概念叫做多态。多态是指同一个函数能够以不同的方式进行调用,并且能够根据接受的参数类型的不同而采用不同的行为方式。
在C++中,实现多态的方式是通过虚函数实现。虚函数是在基类中被声明为虚函数,在派生类中重新定义的函数。当使用基类指针或引用调用虚函数时,实际上会调用派生类中重写(覆盖)的函数,这就产生了多态性。
在完成多态的实现过程中,编译器会为每个对象分配一个虚函数表(vtable),虚函数表中存放了所有虚函数的地址。每个虚函数表都是由编译器根据继承结构生成的,每个虚函数表中的顺序都是从父类到子类的。
当一个对象被创建时,会生成一个指向其虚函数表的指针(vtbl指针),这个指针会被存储在对象头部。在派生类中重写虚函数时,虚函数表中对应的函数指针就会被更新,指针的指向会指向派生类中的函数实现。当用基类指针或引用调用虚函数时,会先查找对象头部中的虚函数表指针,然后找到对应的函数指针,最终根据指针的指向调用对应的函数。
虽然虚函数实现了多态,但是调用虚函数时会带来一些额外的开销。在调用虚函数时,需要先在虚函数表中查找函数指针,然后调用对应的函数。为了优化这个过程,C++中引入了虚函数指针(vptr)的概念。vptr是一个指向虚函数表的指针,它被存储在对象头部。通过vptr可以直接访问虚函数表,从而避免了在虚函数表中查找函数指针的过程,从而提升了程序的性能。
总的来说,C++多态的实现原理就是通过虚函数和虚函数表来实现。虚函数表存储着所有虚函数的地址,并在继承链中进行传递,通过基类指针或引用调用虚函数时,实际调用的是派生类中的实现。而vptr则是为了优化虚函数调用而引入的,通过vptr可以直接访问虚函数表,从而提升程序的性能。
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