C++如何理解和使用虚函数和运行时多态（(用法示例+图解)|S1）

本文概述

本文介绍了多态性和虚函数的概念, 以及它们在继承中的使用。
我们将介绍以下内容

定义
没有虚函数
使用虚函数

定义：

虚函数是在基类中使用关键字virtual声明并由派生类重新定义(重写)的成员函数。
术语多态性意味着采取多种形式的能力。如果存在通过继承相互关联的类的层次结构，则会发生这种情况。

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类层次结构

注意：在C++中, 这意味着如果我们调用成员函数, 则可能导致执行不同的函数, 具体取决于调用它的对象类型。

考虑将下面的简单程序作为运行时多态性的示例。关于这个程序要注意的主要事情是，派生类的函数是使用基类指针调用的。
虚函数的调用是根据指向或引用的对象实例的类型，而不是根据指针或引用的类型。
换句话说, 虚函数在运行时被延迟解析。
【C++如何理解和使用虚函数和运行时多态（(用法示例+图解)|S1）】现在, 我们来看一个使用这两个概念的示例, 以阐明你的理解。
C++

#include < iostream> using namespace std; // Base class class Shape { public : Shape( int l, int w) { length = l; width = w; } // default constructor int get_Area() { cout < < "This is call to parent class area" < < endl; } protected : int length, width; }; // Derived class class Square : public Shape { public : Square( int l = 0, int w = 0) : Shape(l, w) { } // declaring and initializing derived class // constructor int get_Area() { cout < < "Square area: " < < length * width < < endl; return (length * width); } }; // Derived class class Rectangle : public Shape { public : Rectangle( int l = 0, int w = 0) : Shape(l, w) { } // declaring and initializing derived class // constructor int get_Area() { cout < < "Rectangle area: " < < length * width < < endl; return (length * width); } }; int main( void ) { Shape* s; Square sq(5, 5); // making object of child class Sqaure Rectangle rec( 4, 5); // making object of child class Rectangle s = & sq; s-> get_Area(); s = & rec; s-> get_Area(); return 0; }

输出如下

This is call to parent class area This is call to parent class area

在以上函数中：

我们存储每个子类的地址长方形和广场对象在s和
然后我们称get_Area()函数,
理想情况下, 它应该已经get_Area()子类的函数, 但
相反, 它称为get_Area()在基类中定义。
发生这种情况是由于静态链接, 这意味着调用get_Area()由基类中的编译器仅设置一次。

有什么用？
虚函数使我们可以创建基类指针列表和任何派生类的调用方法, 而无需知道派生类对象的种类。
例如：考虑组织的员工管理软件。
让代码有一个简单的基类Employee，该类包含虚拟函数，如raiseSalary()、transfer()、promote()等。不同类型的雇员，如Manager、Engineer等，可能有自己的基类Employee中虚拟函数的实现。
在我们完整的软件中，我们只需要到处传递一个员工列表，并调用适当的函数，甚至不知道员工的类型。例如，我们可以通过遍历员工列表轻松地提高所有员工的工资。每种类型的雇员在其类中都可能有自己的逻辑，但我们不需要担心它们，因为如果针对特定的雇员类型出现了raiseSalary()，则只会调用该函数。
CPP

class Employee { public : virtual void raiseSalary() { /* common raise salary code */ } virtual void promote() { /* common promote code */ } }; class Manager : public Employee { virtual void raiseSalary() { /* Manager specific raise salary code, may contain increment of manager specific incentives*/ } virtual void promote() { /* Manager specific promote */ } }; // Similarly, there may be other types of employees // We need a very simple function // to increment the salary of all employees // Note that emp[] is an array of pointers // and actual pointed objects can // be any type of employees. // This function should ideally // be in a class like Organization, // we have made it global to keep things simple void globalRaiseSalary(Employee* emp[], int n) { for ( int i = 0; i < n; i++) // Polymorphic Call: Calls raiseSalary() // according to the actual object, not // according to the type of pointer emp[i]-> raiseSalary(); }

与globalRaiseSalary()类似，可以在不知道对象实例类型的情况下对一组员工执行许多其他操作。
虚函数非常有用，Java等后来的语言默认将所有方法都保持为虚函数。
编译器如何执行运行时解析？
编译器维护两件事来实现此目的：

vtable：每个类维护的函数指针表。
vptr：指向vtable的指针, 针对每个对象实例进行维护(请参见这个例如)。

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编译器在两个地方添加了额外的代码来维护和使用vptr。
1)每个构造函数中的代码。这段代码设置要创建的对象的vptr。这段代码将vptr设置为指向类的虚函数表。
2)带有多态函数调用的代码(如上面代码中的bp-> show())。无论在哪里进行多态调用，编译器都会先插入代码，使用基类指针或引用来查找vptr(在上面的例子中，因为指向或引用的对象是派生类型的，所以要访问派生类的vptr)。一旦获取了vptr，就可以访问派生类的虚函数表。使用vtable访问和调用派生类函数show()的地址。
这是在C++中实现运行时多态性的标准方法吗？
C++标准没有明确规定必须如何实现运行时多态性, 但是编译器通常在同一基本模型上使用较小的变体。
参考文献：
http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_method_table
http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_function
http://www.drbio.cornell.edu/pl47/programming/TICPP-2nd-ed-Vol-one-html/Frames.html
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