C++的虛函數和多態性

雖然對象不同但是調用的函數接口相同，使用時更有整體性和一致性，而不同的對象接收同一消息卻有不同的行爲，這種現象就是c++中的多態性。

其實c++的多態性，有兩種表現，分別是編譯時的多態性和運行時的多態性。

編譯時的多態性：比如函數和運行符的重載，對象調用同一個接口函數（參數不同），會有不同的方法。編譯後函數的符號由於參數的不同而不同，因此能定位到程序塊地址。

運行時的多態性：通過基類引用或指針調用基類中定義的函數時，由於並不確定函數執行的對象，有可能是基類也有可能是派生類，所以需要通過後期綁定技術確定執行的函數。

運行時的多態性通過虛函數實現，虛函數必須存在於繼承的環境下。基類的指針指向其派生類，用該指針調用類中的虛函數，則表現的是派生類的方法。那麼虛函數是通過什麼機制來確定當前對象調用的函數地址的呢？

其實虛函數機制也並不神祕，它只是對應的類有一張虛函數表（Virtual Table），在這個表裏是虛函數的入口地址，在實例化一個對象時，對象內存空間的最前端指向這張表，這樣保證高效的獲取虛函數地址。當子類繼承父類並重新定義了父類的虛函數時，子類的虛函數表中的虛函數地址就覆蓋了父類的虛函數。那麼當基類的引用（或指針）調用虛函數時，該引用從實際對象裏獲得虛函數表，在表裏找到虛函數。由於引用的實際類型可能是基類也可能是子類，只有實際運行時才能確定，所以呈現出多態性。

示意圖：

代碼驗證：

virtual_func.h

<span style="font-size:18px;">#ifndef __VIRTUAL_FUNC_H_
#define __VIRTUAL_FUNC_H_
class Shape
{
public:
	Shape(){};
	~Shape(){};
	virtual int perimeter();
	virtual int area();      
};

class Point : public Shape
{
public:
	Point(){};
	~Point(){};
	int coordinate();
};

class Rectangle : public Shape
{
public:
	Rectangle(){};
	~Rectangle(){};
	virtual int perimeter();
	virtual int area();
};
#endif
</span>

virtual_func.cpp

<span style="font-size:18px;">#include <iostream>
#include "virtual_func.h"

int Shape::area()
{
	std::cout << "shape->area\n" << std::endl;
	return 0;
}

int Shape::perimeter()
{
	std::cout << "shape->perimeter\n" << std::endl;
	return 0;
}

int Point::coordinate()
{
	std::cout << "Pint->coordinate\n" << std::endl;
	return 0;
}

int Rectangle::area()
{
	std::cout << "rectangle->area\n" << std::endl;
	return 0;
}

int Rectangle::perimeter()
{
	std::cout << "rectangle->perimeter\n" << std::endl;
	return 0;
}
</span>

main.cpp

<span style="font-size:18px;">#include <stdio.h>
#include "virtual_func.h"

typedef int(* Fun)(void);

int main()
{
	Shape shape_a;
	Point point_a;
	Rectangle rectangle_a;
	Rectangle rectangle_b;

	Shape *pshape;
	Fun pfun = NULL;
	int *virtual_T = NULL;

	pshape = &shape_a;

	virtual_T = (int *)*(int *)(&shape_a);
	pfun = (Fun)*(virtual_T+0);
	printf("class Shape, obj shape_a: VT:0x%x VF:0x%x\n", virtual_T, pfun);
	pfun();

	virtual_T = (int *)*(int *)(&point_a);
	pfun = (Fun)*virtual_T;
	printf("class Point, obj point_a: VT:0x%x VF:0x%x\n", virtual_T, pfun);
	pfun();

	virtual_T = (int *)*(int *)(&rectangle_a);
	pfun = (Fun)*virtual_T;
	printf("class Rectangle, obj rectangle_a: VT:0x%x VF:0x%x\n", virtual_T, pfun);
	pfun();
	
	virtual_T = (int *)*(int *)(&rectangle_b);
	pfun = (Fun)*virtual_T;
	printf("class Rectangle, obj rectangle_b: VT:0x%x VF:0x%x\n", virtual_T, pfun);
	pfun();
}
</span>

運行結果：