C++继承(2) - 虚函数与运行时多态

下面就是运行时多态的简单例子。

#include<iostream>using namespace std;class Base{public:    virtual void show() { cout<<" In Base \n"; }};  class Derived: public Base{public:    void show() { cout<<"In Derived \n"; }};int main(void){    Base *bp = new Derived;    bp->show();  // 运行时多态    return 0;}

输出:
In Derived
上面程序中最主要的一点是，使用了一个基类指针来调用子类的成员函数。虚函数的调用不依赖调用它的指针或引用本身的类型，而是引用或指针所指向的对象类型。

虚函数作用
虚函数允许用户创建一系列基类指针并且调用子类的方法，不需要知道子类对象的类型。
例如，某公司的员工管理系统，存在一个基类Employee, 包括多个虚函数如raiseSalary(), transfer(), promote()等. 不同类型的员工如Manager, Engineer等，可能有它们自己独立的虚函数实现。这样使用此系统时，只需传递一系列employees，并调用合适的方法。例如，当需要加工资时(raiseSalary)，只需要遍历这个employees列表即可。每个员工可能有它自己的实现逻辑，但用户不需要关注。

class Employee{public:    virtual void raiseSalary()    {   }     virtual void promote()    { }};class Manager: public Employee {    virtual void raiseSalary()    {  }     virtual void promote()    { }}; void globalRaiseSalary(Employee *emp[], int n){    for(int i = 0; i < n; i++)        emp[i]->raiseSalary(); // 多态调用: 调用raiseSalary()。                               // 根据的是实际对象, 而不是指针类型}

像globalRaiseSalary()函数，基于一系列employee对象基础上，可以实现很多的操作，无需知道实际对象的类型。

虚函数机制是非常有用的，像Java语言就默认所有方法都为虚函数(Java keep all methods as virtual by default.).

编译器如何处理这种运行时才确定的行为？
编译器主要依靠两个方面来支持这种行为：

vtable: 记录函数指针的一张表。

每个类维护一个虚表。

vptr: 指向虚表vtable的指针. 

每个对象拥有一个vptr. 

编译器会在两个地方添加额外代码来维护以及使用vptr.
1) 每个构造函数中添加代码. 

这份代码会在每个对象中创建一个vptr, 并且将vptr指向类的vtable.
2) 多态函数调用时添加代码(例如，上述代码中的bp->show()). 只要一个多态的调用出现在某个地方，编译器会在那里插入代码来首先查找vptr,使用基类指针或引用(上面代码中，因为指针所指向的是子类，则访问的是子类的vptr)。一旦获取到了vptr, 子类的vtable就能访问到了。使用vtable, 就能访问并调用到子类的show()函数了。

这种机制是否为C++实现运行时多态的标准方法？
C++标准没有明确要求如何实现运行时多态，但是各编译器基本上都基于这种机制，加入小的修改。

更多参考:
http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_method_table
http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_function
http://www.drbio.cornell.edu/pl47/programming/TICPP-2nd-ed-Vol-one-html/Frames.html