C++怎么实现多态

简要回答

C++通过虚函数(virtual function)和继承实现多态。基类中声明虚函数，派生类可以重写(override)这些函数。

通过基类指针或引用调用虚函数时，会根据实际对象类型调用相应的函数实现。

详细回答

C++多态分为编译时多态和运行时多态：

编译时多态：通过函数重载和模板实现

运行时多态：通过虚函数和继承实现

虚函数表(vtable)：每个包含虚函数的类都有一个虚函数表，存储虚函数地址

虚指针(vptr)：每个对象包含一个指向其类虚函数表的指针

动态绑定：通过vptr在运行时确定调用哪个函数实现

总结： C++ 多态 = virtual + 继承 + 基类指针/引用调用 + 重写

代码示意

#include <iostream>
using namespace std;

// 基类：动物
class Animal {
public:
    virtual void say() {  // 加virtual才能被重写
        cout << "我是动物" << endl;
    }
    virtual ~Animal() {}  // 记得写虚析构
};

// 派生类：狗
class Dog : public Animal {
public:
    void say() override {  // override明确表示重写
        cout << "汪汪汪" << endl;
    }
};

// 派生类：猫
class Cat : public Animal {
public:
    void say() override {
        cout << "喵喵喵" << endl;
    }
};

int main() {
    Animal* myPets[2];
    myPets[0] = new Dog();  // 狗对象
    myPets[1] = new Cat();  // 猫对象

    // 同样的调用，不同表现
    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        myPets[i]->say();
        delete myPets[i];
    }

    return 0;
}

知识拓展

• 知识图解

多态调用过程示例：

Animal* animal = new Dog();

animal->speak();

(1)通过animal指针找到Dog对象

(2)通过对象的vptr找到Dog类的虚函数表

(3)在虚表中查找speak()的地址

(4)跳转到Dog::speak()执行

• 拓展 抽象类：用 =0 表示必须重写，比如virtual void run()=0，使类成为抽象类

c++11新特性涉及override和final两个，其中override明确表示要重写，final表示禁止子类重写

性能方面：虚函数调用比普通函数稍慢一些

• 面试官可能追问

多态的底层是咋实现的？

答： 每个带virtual的类，编译器会悄悄搞一张表，叫虚函数表（vtable），里面列着所有虚函数的地址。

然后每个对象里，会藏一个指针，指着这张表（这个指针叫 vptr）。

调用虚函数时，其实是通过 vptr 去 vtable 里找对应的函数地址，然后跳转执行,这叫动态绑定。