C++——“多态”的底层实现，看了之后保你理解

作者：小 琛
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先来看一道题目：
求代码中输出值为多少？

#include 
class text
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		std::cout << \"Func1()\" << std::endl;
	}
private:
	int _b = 1;
};
int main()
{
	text temp;
	std::cout << sizeof(temp) << std::endl;
	return 0;
}

很多人在这里都会犯错，回答成4，其实结果如下：

这是为什么呢？

我们通过调试，借助变量窗口来分析

可以看到，在temp对象中，存在两个成员，一个是本事定义的变量int _b，而另一个变量_vfptr，是一个\"数组指针”，我们并没有定义它，而它却存在于对象中！

重要结论！！！
也就是说，虚函数在类中的存储是通过一个指针，该指针指向一个数组，对应的虚函数指针分别存放于该数组中。我们将这个指针称之为虚表指针

我们大胆猜想，是否和虚函数的定义有关呢？

接着，我们写一份完整的多态代码。

#include 
using namespace std;
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;
};
void function(Base& v)
{
	v.Func1();
}
int main()
{
	Base b;
	Derive d;

	function(b);
	function(d);
	return 0;
}

再次借助调试窗口来分析：

看图中的那么数组指针，该指针指向的数组的内容在监视窗口也可以看到，注意看下图中红色圈起部分

我们发现它们内容是不同的，父类型b中存放的是基类Base的两个成员函数的函数指针，分别为Func1于Func2，但派生类d中存储的是从父类继承来的Func2与derive本身重写的的Func1

总结以下几点

1. 派生类对象d中也有一个虚表指针。d对象由两部分构成，一部分是父类继承下来的成员，另一部分是自身的成员。虚表指针指向的数组成员也是如此。但又有不同！
2. 基类b对象和派生类d对象虚表是不一样的，**我们对Func1完成了重写，所以d的虚表中存的是重写的Derive::Func1，所以虚函数的重写也叫作覆盖，**覆盖就是指虚表中虚函数的覆盖。另外Func2继承下来后是虚函数，所以放进了虚表。Func3也继承下来了，但是不是虚函数，所以不会放进虚表。
3. 虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组，这个数组最后面放了一个nullptr。

我们再次回顾多态的构成条件：

1. 被调用函数必须是虚函数，且该虚函数被子类继承，同时要被重写。
2. 必须使用引用或者指针来调用虚函数。

这样就不难理解其中的道理了，因为要完成虚表中的覆盖，则派生类就必须对虚函数进行重写

笔者来对以上内容进行总结：

虚函数在类中的存放，就是在这样的类中，会生成一个指针，该指针是一个数组指针，我们通常将这个数组成为虚表，虚表内存放的则是这些虚函数的函数指针。
而在实现多态的时候，派生类继承父类，同样会有一个数组指针，这个指针所指向的数组(虚表)存放的内容分为两部分：一是自己本身的虚函数，二是从父类继承来的。但从父类继承来的部分虚函数会因为实现多态而被我们重写，因此进行覆盖掉。
所产生的结果就是父类的虚表和子类的虚表内容并不相同。 而我们通过指针或者引用进行不容对象的调用的时候，不同的对象会在虚表内找到相应的函数指针从而执行，和上面例子相匹配的就是b会调用父类的Func1()，而d会调用派生类的Func1()，以此达到多态！