07-2 多态的原理剖析

我们回到上一篇笔记的例子中：现在创建三个类，Animal、Cat和Dog。分别在各自的类内创建Speak()函数表示说话。之后，创建一个doSpeak()函数表示说话的动物。

我们现在看一下类Animal的占用内存大小：

class Animal
{
public:
    void speak()
    {
        cout << "一只动物在说话。" << endl;
    }
};
int main()
{
  cout << "Animal 的内存大小：" << sizeof(Animal) << endl;
    return 0;
}

运行结果：（环境：Windows11(arm/Apple M VM)/Visual Studio 2022/Debug/arm64）

Animal 的内存大小：1

在这里，类Animal中只有一个非静态的成员函数speak()，因为类内的成员函数和成员变量是分开存储的，所以这时候相当于这个类内没有存储内容。空类的内存大小是1。

• 复习：类内成员函数和成员变量分开存储：
  1. 只有非静态成员变量属于类对象上。其他的（比如说静态成员变量、成员函数）都不属于类的对象上。
  2. 类内为空的时候，这个类的对象占用的内存空间是 1 个字节。

class Animal
{
public:
    virtual void speak()
    {
        cout << "一只动物在说话。" << endl;
    }
};
int main()
{
  cout << "Animal 的内存大小：" << sizeof(Animal) << endl;
    return 0;
}

运行结果：（环境：Windows11(arm/Apple M VM)/Visual Studio 2022/Debug/arm64）

Animal 的内存大小：8

请注意，在这个例子中，类Animal下的speak()函数现在是虚函数。

由于编译环境是arm64，所以占用的内存大小是8。

所以，这时候，类Animal中存储的是一个指针。

虚指针的简单介绍在[菱形继承]中简单介绍过，现在详细讲一下。

当类Animal中是虚函数的时候，这个指针我我们称之为：vfptr，含义是：虚函数指针（或者称为：“虚函数表指针”）。（v - 即virtual、f - 即function、ptr - 即pointer）。这个指针指向了虚函数表（vftable），虚函数表中记录者虚函数的地址。（v - 即virtual、f - 即function、table - 即table）

而派生类继承的时候，会完全继承基类内容。如果是类Cat继承类Animal，则类Cat也会有一个虚函数指针（vfptr），指向虚函数表（vftable）。而类Cat是继承自类Animal，所以类Cat虚函数指针（vfptr）最终指向的是&Animal::speak。

当派生类重写基类的虚函数的时候，派生类的虚函数指针（vfptr）指向的虚函数表（vftable）的内容会被覆盖，覆盖为派生类的虚函数地址。如类Cat中，最终指向的就是&Cat::speak。

当派生类重写基类的虚函数的时候，派生类中的虚函数表内部会被替换为派生类的虚函数地址。

• 复习：发生多态的要求：
  1. 需要存在继承关系。
  2. 派生类需要重写基类的某个函数（重写的要求：函数名称相同、参数列表、返回值类型完全相同）。
  3. 基类中被重写的函数需要是虚函数（关键字：virtual）。

当基类的指针或者引用指向派生类的对象的时候，就发生了多态。