C++ 多態的實現原理：虛表與晚綁定

C++ 多態

C++中多態是怎麼使用的？

用基類指針或引用 存儲/綁定 派生類 對象地址/對象，如果訪問的接口是虛函數，則訪問的是虛表中對應函數，而不只是基類函數。
可以看出，這種操作能夠實現一個接口多種實現，所以我們將它稱爲多態。

當給類寫了虛函數，類就會增加一個虛指針（虛函數表指針）成員，其地址爲類的首地址。並且編譯器會生成一個虛函數表，用於存儲類的所有虛函數的指針。
如圖：

代碼測試：測試是否爲上圖結構

#include <iostream>
using namespace std;
class Base
{
	public:
	virtual void fun(){
		cout << "function from Base" << endl;
	}
	void test()
	{
		void (*f)() = (void(*)())(*(int*)(*(int*)this));
		f();
	}
};
int main(){
	Base b;
	b.test();
} 

運行結果：

多態的實現原理：

早期綁定的概念：
C++編譯器在編譯的時候，要確定每個對象調用非虛函數的地址，並且將它綁定下來。而虛函數是在程序運行時通過虛指針訪問虛表再調用對應的虛函數。

我們以以下例子分析虛函數與普通函數的不同：

//測試代碼：
#include <iostream>
using namespace std;
class Base
{
	public:
	virtual void v_fun(){
		cout << "virtual function from Base" << endl;
	}
	void fun(){
		cout << "function from Base" << endl;
	}
};
class Derived
	:public Base
{
	public:
	virtual void v_fun(){
		cout << "virtual function from Derived" << endl;
	}
	void fun(){
		cout << "function from Derived" << endl;
	}
};
int main(){
	Derived d;
	Base* bptr = &d;
	bptr->v_fun();
 	bptr->fun();
} 

運行結果：

分析：
晚綁定：
當編譯器編譯到 bptr->v_fun()時，由於調用的是虛函數，編譯器並不會綁定函數地址，而是程序運行到這個地方時，訪問bptr所指向的虛指針再通過虛指針訪問虛表中對應的函數。由於虛表是Derived對象的虛表，所以訪問的是Derived對象的v_fun函數。
早綁定
當編譯器編譯到 bptr->fun()時，由於調用的是普通函數，所以編譯器會直接將其綁定至對象對應函數地址，注意：bptr作爲基類指針，不通過虛表則只能訪問到基類的成員函數，所以此時綁定的是基類函數的地址。

虛表的繼承：
當派生類繼承一個含有虛表的基類時，派生類會先繼承基類的虛表，然後改寫虛表中函數指針，如果有自己增加的虛函數，則在虛表中添加。但是需要我們注意的是，基類指針只能訪問基類已經實現的方法，所以就算派生類中添加了虛函數，通過基類指針也是訪問不到的。那爲什麼還要添加到虛表呢？因爲派生類也可以作爲基類被繼承。