关于c++的三大特性 --- 多态（底层原理）

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多态的原理

虚函数表

底层

?????????打印虚表

多继承的虚函数表

多态的原理

虚函数表

建议看下面的内容之前，先看一下c++特性之多态

这里我们先来看一个笔试题：请问 sizeof(Base）是多少？

class Base
{
public:
 virtual void Func1()
 {
     cout << "Func1()" << endl;
 }

private:
     int _b = 1;
};

答案是：8? ?为什么呢？按照内存对齐的规则，这里应该是4byte，为什么是8byte呢？

调试一下：

// 针对上面的代码我们做出以下改造
// 1.我们增加一个派生类Derive去继承Base
// 2.Derive中重写Func1
// 3.Base再增加一个虚函数Func2和一个普通函数Func3
class Base
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		cout << "Base::Func1()" << endl;
	}
	virtual void Func2()
	{
		cout << "Base::Func2()" << endl;
	}
	void Func3()
	{
		cout << "Base::Func3()" << endl;
	}

private:
	int _b = 1;
};

class Derive : public Base
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		cout << "Derive::Func1()" << endl;
	}

private:
	int _d = 2;
};

int main()
{
	Base b;

	Derive d;

	return 0;
}

class Person 
{
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};

class Student : public Person 
{
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }
};

void Func(Person& p)
{
	p.BuyTicket();
}

int main()
{
	Person Mike;
	Func(Mike);

	Student Johnson;
	Func(Johnson);

	return 0;
}

• 我们知道，在切片的时候，子类给给父类的成员会被拷贝构造过去，而这里的问题是，虚表能不能被拷贝?
• 如果能，那么传父类对象也是能实现多态的。
• 如果不能拷贝过去，那么父类的虚函数指针永远指向的是父类的虚表。
• 但是，子类对象切片的时候，能不能拷贝虚表? 不能拷贝
• 如果对虚表进行深拷贝或者拷贝指针过去，我们会发现父类的虚表就乱了，父类虚表指向的虚函数是父类的还是子类的根本分不清，并且一个父类对象拥有子类的虚表是十分不合理的
• 所以结论是：子类切片给给父类（基类）只拷贝成员，不拷贝虚表

示例：

打印虚表

class Base{
public:
	virtual void Func1(){cout << "Base::Func1()" << endl;}
	virtual void Func2(){cout << "Base::Func2()" << endl;}
	void Func3(){cout << "Base::Func3()" << endl;}
};

class Derive : public Base{
public:
	virtual void Func1(){cout << "Derive::Func1()" << endl;}
	virtual void Func4(){cout << "Derive::Func4()" << endl;}
};

//打印虚表 vf:virtual function  table:一览表

//注意：（ vs系列 ） 虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组
//      一般情况这个数组最后面放了一个nullptr。（ g++没有 ）

typedef void(*VF_PTR)() ; 

void print_vf_table(VF_PTR table[])
{
	for (int i = 0; table[i] != nullptr; ++i)
	{
		printf("[%d]: %p -> ",i, table[i]);
		VF_PTR f = table[i];
		f();
	}
	cout << endl;
}

int main()
{
	Base b;
	Derive d;

	print_vf_table((VF_PTR*)(*(int*)&b));
	print_vf_table((VF_PTR*)(*(int*)&d));

	//虚表是在什么阶段生成的呢？  - 编译
	//对象中的虚表指针是在什么时候进行初始化的呢?   - 构造函数（初始化列表）
	//虚表存储在什么地方？ - 代码段（常量区）

	//print_vf_table((*(VF_PTR**)&b));
	//print_vf_table((*(VF_PTR**)&d));
	
	return 0;
}

多继承的虚函数表

class base1 {
public:
    virtual void func1() { cout << "base1::func1" << endl; }
    virtual void func2() { cout << "base1::func2" << endl; }
private:
    int b1;
};

class base2 {
public:
    virtual void func1() { cout << "base2::func1" << endl; }
    virtual void func2() { cout << "base2::func2" << endl; }
private:
    int b2;
};

//base1 , base2各自有两个虚函数
//derive多继承base1，base2 
//重写虚函数 func1()
//新增虚函数func3()

class derive : public base1, public base2 {
public:
    virtual void func1() { cout << "derive::func1" << endl; }
    virtual void func3() { cout << "derive::func3" << endl; }
private:
    int d1;
};

问题1：derive一共会生成几张虚表？

问题2：func3()会放进哪张虚表，还是所有虚表都会放进去？

调试一下：

????????好像只生成了两张虚表，没看到func3().这样，我们再打印一下虚表看一下，但是这里遇到一个问题，第一张虚表指针刚好指向对象的头四个字节，怎样取到第二张虚表表指针？

????????结论是: func1完成了重写，func3放进了第一张虚表，但是这里存在一个问题，为什么多继承之后，虚表中重写的func1地址不同?
可以看到，这里调用的确实是同一个函数，但是为什么地址不同?

• 可以理解为后声明的对象虚表地址被封装过
  ?

很粗糙，将就看一下：