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C++特性探寻-多态和虚函数

王朝c/c++·作者佚名  2006-01-10
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在C++中,多态是通过虚函数实现的。

基类如果把一个函数声明为虚的(virtual),就表明继承类可以覆盖(override)这个

函数(从而表现不同的行为,呈现出多态性)。

对于每一个有虚函数的具体类(或者继承类),可认为有一个与之关联的虚函数表(v-t

able)。v-table表中的每一项(slot)中存储的是适当的函数指针。C++编译器在编译

时刻创建了所有必需的虚函数表。并且,每个虚函数表中的项都已经填充了恰当的值(

指向了正确的函数入口)。

例如,下面有三个类:Base,Derived,Derived2。

class Base

{

virtual void f1() {}

virtual void f2() {}

virtual void f3() {}

}

Base类的虚函数表如下。

slot1 – Base::f1()

slot2 – Base::f2()

slot3 – Base::f3()

class Derived: public Base

{

//void f1() {}

void f2() {}

virtual void f3() {}

virtual void f4() {}

virtual void f5() {}

}

Derived类的虚函数表中追加了两项(前面的部分必须与Base类虚函数表完全一致,包括

表项的数量和位置次序),如下。

slot1 – Base::f1()

slot2 – Derived::f2()

slot3 – Derived::f3()

slot4 – Derived::f4()

slot5 – Derived::f5()

注意,我有意在Derived类中不覆盖f1(),这样的话表项1中存储的仍然是指向Base::f1(

)的函数指针。假如在Derived类中覆盖f1()的话,那么表项1将指向Derived::f1()。

class Derived2: public Derived

{

void f3() {}

void f4() {}

void f5() {}

virtual void f6() {}

virtual void f7() {}

}

Derived2类的虚函数表中又增加了两项,如下。

slot1 – Base::f1()

slot2 – Derived::f2()

slot3 – Derived2::f3()

slot4 – Derived2::f4()

slot5 – Derived2::f5()

slot6 – Derived2::f6()

slot7 – Derived2::f7()

现在描述一下对于虚函数的调用。其实已经可以看出,对于虚函数是间接调用的,因为

它是通过虚函数表进行的。设想有一个对象指针a,调用a的某个函数f(),如果f()不是

虚函数,那么是直接调用的(在确定没有歧义的情况下,没有必要采用间接调用技巧,

使效率降低)。如果是虚函数,那么必须是通过虚函数表中的某个项(具体哪个表项是

编译阶段完全确定了的),发起调用。为什么不去直接调用呢?因为编译器不能确定这

个a指向的对象是Base的实例,还是Derived的实例?要知道就算一个Derived的实例,也

可以通过下塑造型(downcast)被视为一个Base实例。 而在Derived类中,函数f()完全

可能被覆盖了(从而虚函数表中的相应表项被改写,指向Derived::f())。所以为了产

生正确的调用,表现正确的行为,必须通过虚函数表间接调用才行。整个过程有些像变

魔术,但也正体现了多态的魅力。

 
 
 
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