C++多态性表现 虚函数与动态绑定机制

多态通过虚函数和动态绑定实现，允许不同类对象对同一消息做出不同响应。1. 虚函数在基类用virtual声明，派生类重写后，通过基类指针或引用调用时会根据实际对象类型调用对应版本。2. 动态绑定在运行时通过vptr和vtable确定函数地址，实现运行时多态。3. 纯虚函数（=0）使类成为抽象类，不能实例化，强制派生类实现。4. 注意：仅指针或引用触发动态绑定；基类析构函数应为虚函数；虚函数有性能开销；构造函数不能为虚函数。掌握这些机制有助于设计灵活、可扩展的类体系。

多态性是C++面向对象编程的重要特性之一，它允许不同类的对象对同一消息作出不同的响应。这种灵活性主要通过虚函数和动态绑定机制来实现。理解这两者的工作原理，有助于写出更灵活、可扩展的代码。

虚函数：实现多态的基础

在基类中使用virtual关键字声明的成员函数称为虚函数。当派生类重写该函数后，通过基类指针或引用调用该函数时，会根据实际对象的类型决定调用哪个版本。

例如：

class Animal {
public:
    virtual void speak() {
        cout << "Animal makes a sound" << endl;
    }
};
<p>class Dog : public Animal {
public:
void speak() override {
cout << "Dog barks" << endl;
}
};</p><p>class Cat : public Animal {
public:
void speak() override {
cout << "Cat meows" << endl;
}
};</p>

如果用基类指针指向派生类对象：

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Animal* ptr = new Dog();
ptr->speak();  // 输出: Dog barks

这里调用的是

Dog

speak

动态绑定：运行时决定调用函数

动态绑定是指函数调用在运行时根据对象的实际类型来解析，而不是在编译时根据指针或引用的类型。这个机制依赖于虚函数表（vtable）和虚函数指针（vptr）。

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• 每个包含虚函数的类都有一个虚函数表，表中存储了该类所有虚函数的地址。
• 每个对象内部包含一个指向其类虚函数表的指针（vptr）。
• 当通过基类指针调用虚函数时，程序会通过vptr找到实际对象的vtable，再从中查找对应函数地址。

这意味着即使指针类型是基类，只要函数是虚函数，调用的就是实际对象所属类的函数版本。

纯虚函数与抽象类

为了强制派生类实现某个函数，可以将虚函数定义为纯虚函数：

virtual void speak() = 0;

含有纯虚函数的类称为抽象类，不能实例化对象。派生类必须实现所有纯虚函数，否则仍是抽象类。

这在设计接口或基类框架时非常有用，确保所有子类都提供特定行为的实现。

注意事项与常见误区

• 只有通过指针或引用调用虚函数才能触发动态绑定。直接使用对象调用会使用静态绑定。
• 析构函数应声明为虚函数，尤其是在基类中，避免派生类资源未正确释放。
• 虚函数有一定性能开销，因为需要查表。在性能敏感场景需权衡是否使用。
• 构造函数不能是虚函数，因为对象尚未完全构造，vptr未就绪。

基本上就这些。虚函数和动态绑定是C++实现多态的核心机制，掌握它们能更好地设计可扩展的类体系。不复杂但容易忽略细节。

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