C++及反汇编 剖析多态及虚表（上：多态的实现）

文章目录

• 多态
• • 非多态的弊
  • 多态的利
  • 代码实现多态
  • virtual是啥 ---->虚表的引入

多态

什么是虚函数，有什么用途？

虚函数主要用于多态中。

◼ 多态是面向对象非常重要的一个特性
同一操作作用于不同的对象，可以有不同的解释，产生不同的执行结果
在运行时，可以识别出真正的对象类型，调用对应子类中的函数

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注意：此处非常重要！！！！！！！！！！！！！
◼ 多态的要素

子类重写父类的成员函数（override）
父类指针指向子类对象
利用父类指针调用重写的成员函数

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非多态的弊

比如我有一个 猫， 狗， 猪三个类，它们都具有speak（叫） 和run（跑）的功能，即他们都具有相同的成员函数speak和run。我要实现分别调用每个动物的speak和run的功能，让他们一边叫，一边跑，那么你该如何创建类来调用他们呢？

这简单啊，三个动物类，每个类都有speak和run成员函数，在创建每个类的对象，分别调用不就好了？？

如果我们不知道多态，我们确实会这样实现他们的功能：（但是这样有什么弊端呢？？）

class Dog	//狗
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "Dog::speak()\n";
	}
	void run()
	{
		cout << "Dog::ran()\n";
	}
};
class Cat	//猫
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "Cat::speak()\n";
	}
	void run()
	{
		cout << "Cat::ran()\n";
	}
};
class Pig	//猪
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "Pig::speak()\n";
	}
	void run()
	{
		cout << "Pig::ran()\n";
	}
};
 
 
//每个动物都具有特定的行为
void action(Dog* d)
{
	d->speak();
	d->run();
}
void action(Cat* d)
{
	d->speak();
	d->run();
}
void action(Pig* d)
{
	d->speak();
	d->run();
}
int main()
{	
	action(new Dog);
	action(new Cat);
	action(new Pig);
	return 0;
}

如上所示，我们定义了三个子函数，为了实现每一个动物的speak和run的功能，每一个action函数的形参都是特定化的，我们只需要写调用三次action函数，传递每一个对象都对应相应的指针形参，就好了：

这样我们就可以实现分别调用每个动物的speak和run的功能。

但是，这样写你会不会觉得太麻烦了，如果我们有100个动物，你岂不是要写100个不同的action函数？ 这样我们就引入了多态。

多态的利

我们能否把好多个动物都具有的相似功能集中到一个类上去？ 这样我们就不必写100个action函数，然后每一个action都指定一只动物了。

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多态的重要知识点：

• 父类指针可以指向子类对象
• 子类对象不可以指向父类指针

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父类指针可以指向子类对象： 啥意思？？？

例如：

class Father
{
public:
	int money;	//钱
};
 
class Child :public Father
{
public:
	int toys;	//玩具
};
int main()
{
	Father* a = new Child();	//父类指针指向子类对象
	Child* b = new Father();	//错误（ERROR）： 子类指针指向父类对象
	return 0;
}

• 父类指针指向一个孩子，孩子有的，父亲也有，父类指针没有影响

• 子类指针指向父类，子类有的，父类不一定有，父类没有此物品，但是孩子指针可以指向此物品，这就是造成了访问越界的问题。

我们来调用一下：

Father* a = new Child();
cout<< a->money<<endl;
 
Child* b = (Child* )new Father();
cout << b->money << " " << b->toys << endl;

子类继承的父类指针，父类指针没有toys的属性，但是子类对象可以访问这个属性，相当于子类指针只存储前四个字节（即父类有的属性），而父类没有的则不会存储。因此，子类对象一旦调用这个父类没有的属性则就会往后面找四个，但是此时它访问的已经越界了！！！

-33686019：即是它访问的越界的后面的字节组成的垃圾值

因此：我们可以得出结论：

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• 父类指针可以指向子类对象（而且还经常使用）
• 子类指针不可以指向父类对象。

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这就是多态实现的本质：
即通过继承同一个父类，让父类指针指向多个不同的子类对象，通过父类对象来调用他们公共的成员函数。

代码实现多态

现在，我们来实现多态：
即分别调用猫，狗，猪的各自的行为，使用多态形式：

我们引入了虚函数 virtual：

class Animals
{
public:
	virtual void speak()
	{
		cout << "Animal::speak()\n";
	}
	virtual void run()
	{
		cout << "Animal::ran()\n";
	}
};

我们定义了一个动物们的基类：他们都具有speak和run的功能，所以我们把他们放在一个统一的基类Animals中。
接着我们为每个动物来继承这个基类：

class Dog :public Animals
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "Dog::speak()\n";
	}
	void run()
	{
		cout << "Dog::ran()\n";
	}
};
class Cat :public Animals
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "Cat::speak()\n";
	}
	void run()
	{
		cout << "Cat::ran()\n";
	}
};
class Pig :public Animals
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "Pig::speak()\n";
	}
	void run()
	{
		cout << "Pig::ran()\n";
	}
};

然后我们再利用一个统一的action函数，只需要一个就行，我们它的参数写作父类指针的形式：

//一个统一的动物行为
void action(Animals* ani)		//注意形参为父类指针   使用父类指针调用子类对象
{
	ani->speak();
	ani->run();
}
 

注意：我们的形参为Animals，他们共同的父类，所以我们就可以利用我们刚才讲的那一个重要的特性：
父类指针可以指向子类对象，来调用他们：

int main()
{
	action(new Dog);
	action(new Cat);
	action(new Pig);
	return 0;
}

注意，我们所写的这个实现代码和上面有什么不同？ 我们把action函数的用作多态的形式，通过调用父类指针来指向他们不同的成员函数，这样便实现了一个函数根据形参的不同实现了多个不同的函数行为，本质就是父类指针可以指向子类的对象，并且调用子类的特定函数：

如果有1000个动物，他们都具有speak和run，如果不用多态，我们岂不是要写action函数1000次？ 现在，我们只需要写1次action函数就好了（但是你的类还是要写1000次，这个没办法，我们只需要把他们都继承自父类Animals类）。

virtual是啥 ---->虚表的引入

我们可能会好奇，virtual是啥，为啥要在父类的函数前面加上virtual？？

注意：不是每个成员函数我们都加virtaul，只有多个子类同时具有的行为函数，我们才在他们的父类中加上virtaul，表示的大概含义就是说： 我这个函数实际上是虚的，空的，具体的实现行为还是要看子类的此函数的具体实现，父类中利用virtaul只是让你知道有这个函数，它在多个子类中都同时具有。

加不加virtaul有什么区别？？

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如果我们把virtual去掉：

class Animals
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "Animal::speak()\n";
	}
	void run()
	{
		cout << "Animal::ran()\n";
	}
};
 
 ....此处省略动物类
 
int main()
{
	//如果不是多态
	Animals* dog = new Dog;	//父类指针调用子类对象
	dog->speak();
	dog->run();
	return 0;
}

注意我们仍然子类继承父类Animals，我们查看一下反汇编：
看不懂的可以先看我的这篇博客：反汇编分析C/C++常见语句的底层实现

我们可以看到，虽然你使用了父类指针指向子类对象这一多态的基本条件，但是call的却是一个准确的地址，我们相想一想，不应该call的是一个随着你创建的对象不同而不同的地址吗？？

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如果我们在加上virtaul ，在Animals的准备要虚的函数里面：

那么你就会发现，惊喜的一幕：

WDF？？？？？？？？？？？？？
这他妈什么鬼

怎么莫名其妙加上了这么多行？？？？？？？ 闹鬼了？？？

我们产生了虚表！！！
并不是：这就是多态virtual实现的妙处：我们只要加上virtual，我们就为这个类创建了一张** 虚表 **，使得它可以根据虚表和创建的对象的类型来查找对应的speak和run函数 所在的位置，然后根据他们对应的地址，call到目标位置，是不是听不太懂？？

没关系，我们下一节在讲解什么是虚表，以及虚表的实现原理。