C++是如何利用虚函数实现多态性的？

还是先看示例程序，用代码说话：

#include <iostream>

using namespace std;

 

class A

{

public:

inline virtual void vfun()

{

cout << "this is vfun in class A" << endl;

}

};

 

class B : public A

{

public:

inline void vfun()

{

cout << "this is vfun in class B" << endl;

}

};

 

int main(void)

{

A* p;

A P;

// 由于A中声明了虚函数，那么在定义对象P时，P中将包含A类的vfptr，

// 该vfptr指向A类的虚函数表，

p = &P;

// 因此下面的语句向显示”this is vfun in class A”

p->vfun();

B* q;

// 由于A中声明了虚函数，类B继承了A，那么在定义对象Q时，Q中将包含B

// 类的vfptr，该vfptr指向B类的虚函数表

B Q;

q = &Q;

p = q;

// p 现在是类B对象的一个指针，即Q的地址，而Q中包含了指向B类虚函数

// 表的vfptr指针。因此下面的语句将显示

// “this is vfun in class B”

p->vfun();

return 0;

}

当然在实际编程中，没有人会象上面那样写程序的。运行结果：

 

再来一个虚函数和多态性例子：

#include <iostream>

using namespace std;

class Parent

{

public:

int parent;

 

public:

inline Parent()

{

}

 

inline Parent(int parent)

{

this->parent = parent;

}

 

inline virtual void haveFun()

{

cout << "haveFun in Parent" << endl;

cout << "parent = " << parent << endl;

}

};

class Child : public Parent

{

public:

int child;

 

public:

inline Child()

{

}

 

inline Child(int child) : Parent(child + 1)

{

this->child = child;

}

 

inline void haveFun()

{

cout << "haveFun in Child" << endl;

cout << "parent = " << parent << endl;

cout << "child = " << child << endl;

}

};

int main(void)

{

Parent* p = new Child(2);

p->haveFun();

return 0;

}

输出结果：

 

这正是我们希望看到的现象。但是如果我们把Parent类中haveFun函数前面的virtual去掉，结果会是什么样子呢？

 

多态性不见了，因此可以推论，没有虚函数就没有多态性。究竟背后是什么原因造成的呢？

 

我们知道如果一个类声明了虚函数，那么编译器就会在其声明的对象中的开始部分(至少对于VC而言是这样的)增加一个vfptr，vfptr指向虚函数表。如果没有声明虚函数，那么这vfptr就不存在。Parent* p是声明了一个指向Parent对象的指针，Parent没有声明虚函数的情况下，p所指向的内容并不包括vfptr，当用new Child(2)给它赋值时，除了将Child中的Parent suboject以memberwise的方式拷贝给p所指向的Parent对象外，什么也没有做。因此p->haveFun()调用的是 Parent中的haveFun函数；

 

如果在Parent中haveFun是虚函数，那么当Parent* p = new Child(2);执行时，就会把Child对象的vfptr和Child对象中包含的Parent subobject一同以memberwise的方式拷贝给p所指向的对象。此后，p所指向vfptr是Child对象的vfptr，因此再调用 p->havefun()时，就会调用Child类中的haveFun函数。另外值得一提的是，如果不进行explicit形式的类型转换p所指的对象只有vfptr(由vfptr得到虚函数haveFun)和Parent::parent，在VC中的表现如下：

 

既然我们对p的初始化是Parent* p = new Child(2)，即是通过一个Child对象的指针来初始化的，为什么p中看不到Child中的child成员变量呢？原因是Parent* p所隐含的意思是，p指向一个Parent对象，包括vfptr在内共8 bytes，Child*所隐含的意思是，它所指向的是一个Child对象，包括vfptr在内共12 bytes，如下图：

 

当Parent* p = new Child(2)执行时，会发生如下图所示的过程：

 

也就是说，p所指向的内存块有vfptr，parent以及child，只是由于 Parent的大小为8 bytes，因此限制了p缺省地只能看到8 bytes，如果用Child*对p进行指针类型的转换，就可以看到12 bytes，也就是说可以看到Child的成员变量child了，如下：