C++中的多态问题—理解虚函数表及多态实现原理

以下是“C++中的多态问题—理解虚函数表及多态实现原理”的详细攻略：

什么是多态

多态是指在C++中，可以使用指向基类的指针或引用，来调用子类重载后的方法或重写的方法，达到动态调用的效果。多态可以提高代码的可读性和复用性，让代码变得更具扩展性和灵活性。

C++多态实现原理

C++中多态的实现原理主要是利用了虚函数和虚函数表的机制。虚函数是一种特殊的成员函数，它声明在基类中，并在派生类中被重写。虚函数表是一种数据结构，它存储了类的虚函数地址，并在程序运行时确定。

我们知道，当一个类被实例化时，内存中会分配一个虚函数表。虚函数表中存储了类中所有虚函数的地址。虚函数在继承关系中是共享的，派生类会继承基类的虚函数表，并在其中添加自己的虚函数。当使用基类指针或引用指向派生类对象时，通过指针/引用调用的虚函数方法，会在运行时（多态时）从虚函数表中选择正确的地址进行访问和调用。

多态实现的条件

1. 需要有虚函数。
2. 必须使用基类的指针或引用来指向派生类对象。
3. 必须使用基类指针或引用来调用虚函数。

接下来，我们看两个关于C++多态的示例：

示例1：多态基本使用

#include <iostream>

using namespace std;

class Animal {
public:
  virtual void makeSound() {
    cout << "动物叫声" << endl;
  }
};

class Cat : public Animal {
public:
  void makeSound() {
    cout << "喵喵叫" << endl;
  }
};

class Dog : public Animal {
public:
  void makeSound() {
    cout << "汪汪叫" << endl;
  }
};

int main() {
  Animal *animal;
  Cat cat;
  Dog dog;

  animal = &cat;
  animal->makeSound();

  animal = &dog;
  animal->makeSound();

  return 0;
}

在上面的示例中，我们定义了Animal类，并声明了一个virtual（虚）函数makeSound()。接着，我们又定义了Cat和Dog两个派生类，并继承了Animal类的makeSound()方法。在main()函数中，我们先用一个Animal类型的指针指向了Cat对象，并调用了makeSound()方法。然后我们又将指针指向了Dog对象，并调用了makeSound()方法。

运行结果如下：

喵喵叫
汪汪叫

我们可以看到，在通过指针访问对象的时候，实际调用的是对象的虚函数。

示例2：虚函数表

下面我们来详细了解一下虚函数表的实现方式。

#include <iostream>
#include <string.h>
using namespace std;

class Animal {
public:
  Animal(const char *name) {
    m_name = new char[strlen(name) + 1];
    strcpy(m_name, name);
  }

  virtual ~Animal() {
    delete []m_name;
    m_name = nullptr;
  }

  virtual void makeSound() {
    cout << "动物叫声" << endl;
  }

  void printName() {
    cout << "我的名字是" << m_name << endl;
  }

private:
  char *m_name;
};

class Cat : public Animal {
public:
  Cat() : Animal("猫") {}
  void makeSound() {
    cout << "喵喵叫" << endl;
  }
};

class Dog : public Animal {
public:
  Dog() : Animal("狗") {}
  void makeSound() {
    cout << "汪汪叫" << endl;
  }
};

int main() {
  Animal *animal;
  Cat cat;
  Dog dog;

  animal = &cat;
  animal->makeSound();
  animal->printName();

  animal = &dog;
  animal->makeSound();
  animal->printName();

  return 0;
}

在这个实例中，我们定义了一个名为Animal的类，该类包含一个名为makeSound()的虚函数，并定义了一个名为printName()的非虚函数。在派生类Cat和Dog中，我们重写了makeSound()函数，并且在构造函数中调用了基类Animal的构造函数。

在main()函数中，我们分别使用Cat和Dog创建了一个对象，并将指向它们的指针赋值给Animal类型的指针。然后我们调用了makeSound()和printName()方法。

运行结果如下：

喵喵叫
我的名字是猫
汪汪叫
我的名字是狗

从这个示例中，我们可以看到，当调用虚函数时，会使用虚函数表存储的指针来调用当前类型对象的函数。而当调用非虚函数时，则无需使用虚函数表，直接调用当前类型对象的函数即可。

以上就是C++中多态问题的完整攻略，我希望这篇攻略对你有所帮助。如果还有什么疑问，欢迎随时和我交流！

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