[C++] 多态(下) -- 多态原理 -- 动静态绑定-Toy模板网

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[C++] 多态(下) -- 多态原理 -- 动静态绑定,C++,c++

上一篇文章我们了解了虚函数表，虚函数表指针，本篇文章我们来了解多态的底层原理，更好的理解多态的机制。
[C++] 多态(上) – 抽象类、虚函数、虚函数表

1、多态原理

下面这段代码中，Func函数传Person调用的Person::BuyTicket，传Student调用的是Student::BuyTicket，这就是多态调用，但是这里我们并不知道原理是什么，接下来我们就来了解一下原理。

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 p;
	Func(&p);
	Student s;
	Func(&s);

	return 0;
}

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观察监视窗口我们看到，p是指向p对象时，p->BuyTicket在p的虚表中找到虚函数是Person::BuyTicket。
观察监视窗口我们看到，p是指向s对象时，p->BuyTicket在s的虚表中找到虚函数是Student::BuyTicket。从Student中切片出来的父类，call BuyTicket的地址已经发生了改变。
这样就实现出了不同对象去完成同一行为时，展现出不同的形态。
反过来思考我们要达到多态，有两个条件：1、一个是虚函数覆盖；2、一个是对象的指针或引用调用虚函数。
再通过下面的汇编代码分析，看出满足多态以后的函数调用，不是在编译时确定的，是运行起来以后到对象的中取找的。不满足多态的函数调用时编译时确认好的。
多态调用：运行时，去虚表中找到地址去调用函数
普通调用：编译时，确定函数地址

2、动态绑定和静态绑定

静态绑定又称为前期绑定(早绑定)，在 程序编译期间确定了程序的行为，也称为静态多态，比如：函数重载；
动态绑定又称后期绑定(晚绑定)，是在 程序运行期间，根据具体拿到的类型确定程序的具体行为，调用具体的函数，也称为动态多态；
上面的买票汇编就解释了什么是具体的动态绑定和静态绑定。

3、单继承和多继承关系的虚函数表

3.1 单继承中的虚函数表

class Base
{
public:
	virtual void func1()
	{
		cout << "Base::func1" << endl;
	}
	virtual void func2()
	{
		cout << "Base::func2" << endl;
	}
private:
	int _a;
};
class Derive :public Base {
public:
	virtual void func1() 
	{ 
		cout << "Derive::func1" << endl; 
	}
	virtual void func3() 
	{ 
		cout << "Derive::func3" << endl; 
	}
	virtual void func4() 
	{ 
		cout << "Derive::func4" << endl; 
	}
private:
	int b;
};
int main()
{
	Base b;
	Derive d;

	return 0;
}

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观察上图中的监视窗口中我们发现看不见func3和func4。这里是编译器的监视窗口故意隐藏了这两个函数，也可以认为是他的一个小bug。那么我们如何查看d的虚表呢？我们写一段代码来将需表中的虚函数打印出来。

代码思路： 取出b、d对象的头4bytes，就是虚表的指针，前面我们说了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。
1.先取b的地址，强转成一个int的指针；
2.再解引用取值，就取到了b对象头4bytes的值，这个值就是指向虚表的指针；
3.再强转成VFPTR，因为虚表就是一个存VFPTR类型(虚函数指针类型)的数组；
4.虚表指针传递给PrintVTable进行打印虚表；
5.需要说明的是这个打印虚表的代码经常会崩溃，因为编译器有时对虚表的处理不干净，虚表最后面没有放nullptr，导致越界，这是编译器的问题。我们只需要点目录栏的-生成-清理解决方案，再编译就好了。

typedef void(*VFPTR) (); // 重命名函数指针
void PrintVTable(VFPTR vTable[])
{
	// 依次取虚表中的虚函数指针打印并调用。调用就可以看出存的是哪个函数
	cout << " 虚表地址->" << vTable << endl;
	for (int i = 0; vTable[i] != nullptr; ++i)
	{
		printf(" 第%d个虚函数地址 :0X%x,->", i, vTable[i]);
		VFPTR f = vTable[i];
		f();
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	Base b;
	Derive d;

	VFPTR* vTableb = (VFPTR*)(*(int*)&b);
	PrintVTable(vTableb);
	
	VFPTR* vTabled = (VFPTR*)(*(int*)&d);
	PrintVTable(vTabled);
	
	return 0;
}

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5.2 多继承中的虚函数表

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;
};
class Derive : public Base1, public Base2 
{
public:
	virtual void func1() 
	{ 
		cout << "Derive::func1" << endl; 
	}
	virtual void func3() 
	{ 
		cout << "Derive::func3" << endl; 
	}
private:
	int d1;
};

typedef void(*VFPTR) ();
void PrintVTable(VFPTR vTable[])
{
	cout << " 虚表地址>" << vTable << endl;
	for (int i = 0; vTable[i] != nullptr; ++i)
	{
		printf(" 第%d个虚函数地址 :0X%x,->", i, vTable[i]);
		VFPTR f = vTable[i];
		f();
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	Derive d;

	VFPTR* vTableb1 = (VFPTR*)(*(int*)&d);
	PrintVTable(vTableb1);

	VFPTR* vTableb2 = (VFPTR*)(*(int*)((char*)&d + sizeof(Base1)));
	PrintVTable(vTableb2);

	return 0;
}