C++運行期多態(tài)和編譯期多態(tài)（以不同的模板參數(shù)調(diào)用不同的函數(shù)）

在面向?qū)ο驝++編程中，多態(tài)是OO三大特性之一，這種多態(tài)稱為運行期多態(tài)，也稱為動態(tài)多態(tài)；在泛型編程中，多態(tài)基于template(模板)的具現(xiàn)化與函數(shù)的重載解析，這種多態(tài)在編譯期進行，因此稱為編譯期多態(tài)或靜態(tài)多態(tài)。

該類對象安插一個虛函數(shù)表指針，并為類（基類和派生類）設(shè)置虛函數(shù)表，虛函數(shù)表中存放的是該類虛函數(shù)地址。同時，改寫虛函數(shù)調(diào)用代碼（函數(shù)指針調(diào)用）。運行期間通過虛函數(shù)表指針與虛函數(shù)表去確定該類虛函數(shù)的真正實現(xiàn)。

#include
using namespace std;
class Animal
{
public :virtual void shout() = 0;
};
class Dog :public Animal
{
public:virtual void shout(){ cout << "汪汪！"<shout();//虛函數(shù)的調(diào)用會被編譯器轉(zhuǎn)換為對虛函數(shù)表的訪問Cat cat;// ② 編譯器會為每個新建對象添加一函數(shù)指針，指向虛函數(shù)表animal = &cat;animal->shout();//animal代表this指針，shout是虛函數(shù)// ③ 編譯器會改寫對象調(diào)用成員函數(shù)代碼，改寫成指針調(diào)用的形式Animal * anim3 = new Bird;anim3->shout();delete anim3;system("pause");return 0;
}
/*
汪汪！
喵喵~
嘰喳!
*/

編譯器會構(gòu)建一張?zhí)摫恚?vtable )，每一個類都有自己獨特的虛表。同時，在這個繼承鏈上，編譯器會為基類插入一個隱式的指針（一般是對象的首地址），指向虛表，稱為__vptr。然后，子類繼承父類時，會獲得繼承下來的__vptr，再根據(jù)自己的類的情況兼容（修改虛函數(shù)表里的值、發(fā)生偏移等。于是，當(dāng)我們構(gòu)建具體的類時，若是基類類型，__vptr就會指向父類的vtable，若是子類類型，__vptr就會指向子類的vtable。

下面再看一個實例來了解虛函數(shù)表，及對象的函數(shù)指針是如何指向虛函數(shù)表以及調(diào)用虛函數(shù)代碼是如何改寫的？

#include 
using namespace std;
class A
{
public:
 A(int _a1 = 1) : a1(_a1) { }
 virtual void f() { cout << "A::f" << endl; }
 virtual void g() { cout << "A::g" << endl; }
 virtual void h() { cout << "A::h" << endl; }
 ~A() {}
private:
 int a1;
};
class C : public A
{
public:
 C(int _a1 = 1, int _c = 4) :A(_a1), c(_c) { }
 virtual void f() { cout << "C::f" << endl; }
 virtual void g() { cout << "C::g" << endl; }
 virtual void h() { cout << "C::h" << endl; }
private:
 int c;
};
// 通過訪問類對象的前4字節(jié)（32位編譯器）找到虛函數(shù)表。
// 虛函數(shù)表最后一項用的是0，代表虛函數(shù)表結(jié)束。
typedef void(*FUNC)(); //重定義函數(shù)指針，指向函數(shù)的指針
void PrintVTable(long* vTable) //訪問虛函數(shù)表
{
 if (vTable == NULL)
 {
 return;
 }
 cout << "vtbl:" << vTable << endl;
 int i = 0;
 for (; vTable[i] != 0; ++i)
 {
 printf("function : %d :0X%x->", i, vTable[i]);
 FUNC f = (FUNC)vTable[i];
 f(); //訪問虛函數(shù)
 }
 cout << endl;
}
void main()
{A a1;long *p = (long *)(*(long*)&a1);PrintVTable(p);C c;long *p2 = (long *)(*(long*)&c);PrintVTable(p2);system("pause");
}
/*
vtbl:00471048
function : 0 :0X40105a->A::f
function : 1 :0X4012c6->A::g
function : 2 :0X4010b9->A::h
vtbl:00471070
function : 0 :0X4010eb->C::f
function : 1 :0X4011d1->C::g
function : 2 :0X401280->C::h
*/

不同的推斷結(jié)果調(diào)用不同的函數(shù)，這就是編譯器多態(tài)。這類似于重載函數(shù)在編譯器進行推導(dǎo)，以確定哪一個函數(shù)被調(diào)用。

3 運行期多態(tài)與編譯期多態(tài)優(yōu)缺點分析

3.1 運行期多態(tài)優(yōu)點

OO設(shè)計中重要的特性，對客觀世界直覺認(rèn)識。

能夠處理同一個繼承體系下的異質(zhì)類集合。

3.2 運行期多態(tài)缺點

運行期間進行虛函數(shù)綁定，提高了程序運行開銷。

龐大的類繼承層次，對接口的修改易影響類繼承層次。

由于虛函數(shù)在運行期在確定，所以編譯器無法對虛函數(shù)進行優(yōu)化。

虛表指針增大了對象體積，類也多了一張?zhí)摵瘮?shù)表，當(dāng)然，這是理所應(yīng)當(dāng)值得付出的資源消耗，列為缺點有點勉強。

3.3 編譯期多態(tài)優(yōu)點

它帶來了泛型編程的概念，使得C++擁有泛型編程與STL這樣的強大武器。

在編譯器完成多態(tài)，提高運行期效率。

具有很強的適配性與松耦合性，對于特殊類型可由模板偏特化、全特化來處理。

3.4 編譯期多態(tài)缺點

程序可讀性降低，代碼調(diào)試帶來困難。

無法實現(xiàn)模板的分離編譯，當(dāng)工程很大時，編譯時間不可小覷。

無法處理異質(zhì)對象集合。

文章標(biāo)題：C++運行期多態(tài)和編譯期多態(tài)（以不同的模板參數(shù)調(diào)用不同的函數(shù)）
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