C++中的多态(动态多态)究竟是如何实现

为了叙述简便，在本文中，将动态多态性一律简化为多态性。

在前面的文章中，我们已经简要介绍了C++的多态性，也介绍了C++的虚函数表，下面，我们来看看C++是如何利用虚函数机制来实现多态性的。（题外话：实现多态性并不一定需要用到虚函数机制）。下面，我们还是从程序的角度来看，为了便于热身，我们来看一个极为简单的程序：

#include <iostream>

using namespace std;

class E

{

public:

virtual void f()

{

cout << "E::f" << endl;

};

virtual void g()

{

cout << "E::g" << endl;

};

};

class M : public E

{

public:

virtual void g()

{

cout << "M::g" << endl;

};

};

int main()

{

E e;

M m;

E *p = &e;

p->f(); // E::f

p->g(); // E::g

p = &m;

p->f(); // E::f

p->g(); // M::g

return 0;

}

为什么同样是调用p->g();这个语句，得到了截然不同的结果呢？因为多态嘛！那这种多态性是如何实现的呢？废话不多说，直接上代码：

#include <iostream>

using namespace std;

class E

{

public:

// 为了方便叙述，故把公开a和b, 在实际系统中，很少这样做

int a;

int b;

virtual void f()

{

cout << "E::f" << endl;

};

virtual void g()

{

cout << "E::g" << endl;

};

};

class M : public E

{

public:

int c;

virtual void g()

{

cout << "M::g" << endl;

};

};

int main()

{

E e;

e.a = 1;

e.b = 2;

cout << &e << endl; // e的VTABLE的地址: 0012FF74

cout << (int *)&e << endl; // eVPTR的地址: 0012FF74

cout << &e.a << endl; // e.a的地址： 0012FF78

cout << &e.b << endl; // e.b的地址： 0012FF7C

cout << (void *)*((int *)&e) << endl; // eVPTR的值 0046F028

cout << *((int *)&e + 1) << endl; // e.a的值: 1

cout << *((int *)&e + 2) << endl; // e.b的值: 2

cout << (void *)*(int *)(*(int *)&e) << endl; // E的f函数的地址： 0040128F

cout << (void *)*((int *)(*(int *)&e) + 1) << endl; // E的g函数的地址： 004011BD

cout << "---------" << endl;

M m;

m.a = 3;

m.b = 4;

m.c = 5;

cout << &m << endl; // m的VTABLE的地址: 0012FF64

cout << (int *)&m << endl; // mVPTR的地址: 0012FF64

cout << &m.a << endl; // m.a的地址： 0012FF68

cout << &m.b << endl; // m.b的地址： 0012FF6C

cout << &m.c << endl; // m.c的地址： 0012FF70

cout << (void *)*((int *)&m) << endl; // mVPTR的值 0046F034

cout << *((int *)&m + 1) << endl; // m.a的值: 3

cout << *((int *)&m + 2) << endl; // m.b的值: 4

cout << *((int *)&m + 3) << endl; // m.c的值: 5

cout << (void *)*(int *)(*(int *)&m) << endl; // E的f函数的地址： 0040128F

cout << (void *)*((int *)(*(int *)&m) + 1) << endl; // M的g函数的地址： 004011A8

E *p = &e;

p->f(); // E::f

p->g(); // E::g

E *q = &m;

q->f(); // E::f

q->g(); // M::g

return 0;

}

为了理解上面的程序和结果，我来画一幅图，大家就能大致明白，图如下：

为了配合理解上图，下面随即给出调试程序的结果图：

现在应该清楚了用虚函数实现多态性的原理了吧！OK，最后感叹一句：Everything should be made as simple as possible.

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