C/C++多型及其實現原理
C/C++多型及其實現原理
多型的介紹
多型含義為一個事物有多種形態。在C ++程式設計中，多型性是指具有不同功能的函式可以用同一個函式名，這樣就可以用一個函式名呼叫不同內容的函式。一般來說多型分為兩種：
靜態多型：也稱為編譯時多型，主要包括引數多型，過載多型和強制多型。引數多型：採用引數化模板，通過給出不同的型別引數，使得一個結構有多種型別。如 C++語言中的函式模板和類模板屬於引數多型。引數多型又叫靜態多型，它的執行速度快，異常少，呼叫在編譯時已經確定。過載多型：同一個名字在不同的上下文中所代表的含義不同。典型的例子是運算子過載和函式過載。強制多型：編譯程式通過語義操作，把操作物件的型別強行加以變換，以符合函式或操作符的要求。程式設計語言中基本型別的大多數操作符，在發生不同型別的資料進行混合運算時，編譯程式一般都會進行強制多型。程式設計師也可以顯示地進行強制多型的操作。如 int+double，編譯系統一般會把 int 轉換為 double，然後執行 double+double 運算，這個int->double 的轉換，就實現了強制多型，即可是隱式的，也可顯式轉換。強制多型屬於靜態多型。
動態多型：也稱執行時多型，主要包括：包含多型。包含多型的基礎是虛擬函式。主要是通過類的繼承和虛擬函式來實現，當基類和子類擁有同名同參同返回的方法，且該方法宣告為虛方法，當基類物件，指標，引用指向的是派生類的物件的時候，基類物件，指標，引用在呼叫基類的方法，實際上呼叫的是派生類方法。
過載多型和強制多型是指特定多型， 過載多型和強制多型稱為特殊多型性，用來刻畫語義上無關聯的型別間的關係；引數多型和包含多型是指通用多型，型別引數化多型和包含多型稱為一般多型性，用來系統地刻畫語義上相關的一組型別。
靜態多型實現
靜態多型靠編譯器來實現，簡單來說就是編譯器對原來的函式名進行修飾。可以根據函式引數的型別，個數，以及修飾函式const，這就使得函式可以過載。同理，模板也是可以實現的，針對不同型別的實參來產生對應的特化的函式，通過增加修飾，使得不同的型別引數的函式得以區分。
動態多型的實現
動態多型靠執行時的型別檢查，從而來進行函式的繫結。宣告一個類時，如果類中有虛方法，則自動在類中增加一個虛擬函式指標，該指標指向的是一個虛擬函式表，虛擬函式表中存著每個虛擬函式真正對應的函式地址。動態多型採用一種延遲繫結技術，普通的函式呼叫，在編譯期間就已經確定了呼叫的函式的地址，所以無論怎樣呼叫，總是那個函式，但是擁有虛擬函式的類，在呼叫虛擬函式時，首先去查虛擬函式表，然後在確定呼叫的是哪一個函式，所以，呼叫的函式是在執行時才會確定的。
虛表指標初始化問題
當建立子類物件時，編譯器的執行順序其實是這樣的：
物件在建立時，由編譯器對 vptr 進行初始化
子類的構造會先呼叫父類的建構函式，這個時候 vptr 會先指向父類的虛擬函式表
子類構造的時候，vptr 會再指向子類的虛擬函式表
物件的建立完成後，vptr 最終的指向才確定
虛擬函式表的構成
具體的詳細細節見https://blog.csdn.net/wenqiang1208/article/details/53148486
https://www.cnblogs.com/longcnblogs/archive/2017/10/09/7642951.html
無覆蓋的公有單繼承：虛擬函式按宣告順序存在於虛表中； 在派生類中，前面是基類的虛擬函式，後面是派生類的虛擬函式。
有覆蓋的公有單繼承：先拷貝基類的虛表；如果派生類重寫了基類的虛擬函式，則修改同位置的基類虛擬函式；最後面是生類新定義的虛擬函式。
單繼承的派生類的大小：虛表指標+ 基類的資料成員 + 派生類的成員
多重繼承：
多重繼承派生類的大小：（例如有兩個父類）——基類1的虛表指標+基類1的成員變數+基類2的虛表指標+基類2的成員變數+子類成員變數
如果派生類有新定義的虛擬函式，則存放在繼承順序第一的基類續表的最後面。
菱形繼承
如果派生類有新的虛擬函式，則新增在第一繼承順序的續表最後面。菱形繼承存在二義性，由於直接父類都繼承了祖父類的成員變數——導致修改一處，而另外一處沒有修改（引起資料不一致性）。
虛繼承中的單繼承
1. 沒有建構函式和解構函式（少中間的0——所佔的位元組），派生類有新的虛擬函式
2. 沒有建構函式和解構函式（少中間的0——所佔的位元組），派生類沒有新的虛擬函式
3. 有建構函式和解構函式（多中間的0——所佔的位元組），派生類有新的虛擬函式
虛繼承中派生類的建構函式做了什麼
虛繼承中的多繼承
沒有考慮建構函式或解構函式 ，派生類定義了新虛擬函式
虛繼承中的菱形繼承
沒有考慮建構函式或解構函式 ，派生類定義了新虛擬函式
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作者：hycxag
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/hycxag/article/details/82978173
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