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c++中什么是编译时多态和运行时多态_c++多态性分类与实现方式

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发布： 2025-11-24 20:13:02

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C++中多态分为编译时和运行时两种：编译时多态通过函数重载和模板在编译期确定调用版本，效率高但可能导致代码膨胀；运行时多态通过虚函数和继承在运行期动态绑定，灵活性强但有性能开销。

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在C++中，多态性是指同一个接口可以表现出不同的行为。根据多态发生的时间不同，C++中的多态分为编译时多态和运行时多态。这两种多态机制在实现方式、性能和使用场景上各有特点。

编译时多态（静态多态）

编译时多态是指在程序编译阶段就确定了函数调用的具体实现，不需要等到程序运行时才决定。这种多态主要通过函数重载和模板（泛型编程）来实现。

1. 函数重载
同一作用域内可以有多个同名函数，但参数列表必须不同（参数个数、类型或顺序不同）。编译器根据调用时传入的实参类型选择匹配的函数版本。

示例：

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void print(int x) {
    cout << "整数: " << x << endl;
}
<p>void print(double x) {
cout << "浮点数: " << x << endl;
}</p><p>print(5);     // 调用 print(int)
print(3.14);  // 调用 print(double)

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2. 模板（函数模板与类模板）
模板允许编写与类型无关的通用代码。编译器会为每种实际使用的类型生成对应的函数或类实例。

示例：

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template<typename T>
T max(T a, T b) {
    return a > b ? a : b;
}
<p>max(3, 5);      // 编译器生成 int 版本
max(2.7, 3.9);  // 编译器生成 double 版本

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编译时多态的优点是效率高，因为没有虚函数表查找开销；缺点是代码膨胀，每个模板实例都会生成一份独立代码。

运行时多态（动态多态）

运行时多态是指函数调用的绑定发生在程序运行期间，通常通过继承和虚函数（virtual function）机制实现。它允许基类指针或引用指向派生类对象，并调用被重写的成员函数。

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实现方式：虚函数 + 继承

基类中声明某个函数为 virtual。
派生类中重写（override）该函数。
使用基类指针或引用调用该函数时，实际执行的是派生类的版本。

示例：

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class Shape {
public:
    virtual void draw() {
        cout << "绘制图形" << endl;
    }
};
<p>class Circle : public Shape {
public:
void draw() override {
cout << "绘制圆形" << endl;
}
};</p><p>class Rectangle : public Shape {
public:
void draw() override {
cout << "绘制矩形" << endl;
}
};</p><p>Shape<em> s1 = new Circle();
Shape</em> s2 = new Rectangle();
s1->draw();  // 输出：绘制圆形
s2->draw();  // 输出：绘制矩形

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运行时多态依赖虚函数表（vtable）机制，每个含有虚函数的类都有一个虚表，对象包含指向该表的指针（vptr）。调用虚函数时，通过查表找到实际应调用的函数地址。

优点是灵活性高，支持接口统一和扩展；缺点是存在轻微性能开销（间接跳转），且仅适用于指针和引用。