多态通过基类指针或引用调用派生类函数实现,依赖虚函数和vtable机制。基类中用virtual声明虚函数,派生类重写该函数,运行时动态绑定具体实现。

在C++中,多态是面向对象编程的核心特性之一,它允许通过基类的指针或引用调用派生类的函数。这种行为在运行时决定具体调用哪个函数,称为动态多态。其实现主要依赖于虚函数机制和虚函数表(vtable)。
虚函数与virtual关键字
要实现多态,必须在基类中将需要被重写的函数声明为虚函数,使用virtual关键字:
class Base {public: virtual void show() { std::cout << "Base show" << std::endl; }};class Derived : public Base {public:void show() override {std::cout << "Derived show" << std::endl;}};
当基类指针指向派生类对象时,调用show()会执行派生类的版本:
Base* ptr = new Derived();ptr->show(); // 输出:Derived show
虚函数表(vtable)与虚函数指针(vptr)
C++编译器在后台为每个含有虚函数的类生成一个虚函数表(vtable),其中存储了该类所有虚函数的实际地址。每个对象内部则包含一个隐式的指针——vptr,指向其所属类的vtable。
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当调用虚函数时,程序通过对象的vptr找到vtable,再从中查找对应函数的地址。这个过程发生在运行时,因此实现了运行时多态。普通函数调用是静态绑定,而虚函数是动态绑定。
纯虚函数与抽象类
如果想定义一个不能实例化的接口类,可以使用纯虚函数:
class Shape {public: virtual void draw() = 0; // 纯虚函数};class Circle : public Shape {public:void draw() override {std::cout << "Drawing a circle" << std::endl;}};
含有纯虚函数的类称为抽象类,不能创建实例。派生类必须实现所有纯虚函数,否则仍是抽象类。
注意事项与最佳实践
基类的析构函数应声明为虚函数,防止派生类对象通过基类指针删除时资源泄漏。使用override关键字明确表示重写,提高代码可读性和安全性。虚函数有一定性能开销(间接寻址),对性能敏感的场景需权衡使用。
基本上就这些。C++多态的核心就是虚函数机制,借助vtable和vptr实现运行时函数绑定,让程序更具扩展性和灵活性。
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