多态指同一接口不同实现,C++中通过继承、虚函数及基类指针实现动态多态,底层依赖虚函数表(vtable)和虚指针(vptr),调用时根据对象实际类型确定函数地址,支持运行时多态;含纯虚函数的抽象类用于定义接口,不可实例化,子类须实现其纯虚函数。

多态是C++面向对象编程的核心特性之一,它允许不同类的对象对同一消息做出不同的响应。简单来说,就是“同一个接口,多种实现”。在实际开发中,多态让程序更具扩展性和可维护性。
多态的基本概念
多态分为静态多态和动态多态两种:
- 静态多态:通过函数重载和模板实现,编译期就确定调用哪个函数。
- 动态多态:通过继承和虚函数实现,运行时根据对象的实际类型决定调用哪个函数。
我们通常所说的“C++多态”指的是动态多态。
实现多态的关键:虚函数与继承
要实现动态多态,必须满足三个条件:
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- 存在类之间的继承关系。
- 基类中定义了虚函数(使用
virtual关键字)。 - 通过基类的指针或引用调用虚函数。
例如:
class Animal {
public:
virtual void speak() {
cout << "Animal speaks" << endl;
}
};
class Dog : public Animal {
public:
void speak() override {
cout << "Dog barks" << endl;
}
};
Animal* ptr = new Dog();
ptr->speak(); // 输出:Dog barks
虽然指针类型是Animal*,但实际调用的是Dog类的speak函数,这就是多态的表现。
多态的底层原理:虚函数表(vtable)
C++通过虚函数表实现动态多态。每个含有虚函数的类都有一个隐藏的虚函数表,表中存储了该类所有虚函数的地址。
当对象被创建时,编译器会自动为其添加一个指向虚函数表的指针(vptr),这个指针通常位于对象内存布局的最前面。
调用虚函数的过程如下:
- 通过对象的
vptr找到对应的vtable。 - 在
vtable中查找对应函数的地址。 - 跳转到该地址执行函数。
这种机制使得程序可以在运行时确定具体调用哪个函数,从而实现多态。
纯虚函数与抽象类
有时候我们希望基类中的某个函数没有具体实现,仅作为接口存在。这时可以使用纯虚函数:
virtual void speak() = 0;
包含纯虚函数的类称为抽象类,不能实例化对象。派生类必须实现所有纯虚函数,否则也是抽象类。
抽象类常用于定义接口规范,强制子类提供具体实现。
基本上就这些。理解多态不仅要知道怎么用,还要明白背后的机制。掌握虚函数表的工作方式,有助于写出更高效、更安全的C++代码。










