转：C++中多态是怎样实现的？

多态是一种不同的对象以单独的方式作用于相同消息的能力，这个概念是从自然语言中引进的。例如，动词“关闭”应用到不同的事务上其意思是不同的。关门，关闭银行账号或关闭一个程序的窗口都是不同的行为；其实际的意义取决于该动作所作用的对象。
大多数面向对象语言的多态特性都仅以虚拟函数的形式来实现，但C++除了一般的虚拟函数形式之外，还多了两种静态的（即编译时的）多态机制：

1、操作符重载：例如，对整型和串对象应用 += 操作符时，每个对象都是以单独的方式各自进行解释。显然，潜在的 += 实现在每种类型中是不同的。但是从直观上看，我们可以预期结果是什么。

2、模板：例如，当接受到相同的消息时，整型vector对象和串vector对象对消息反映是不同的，我们以关闭行为为例：

vector < int > vi;   vector < string > names;

string name("VC知识库");

vi.push_back( 5 ); // 在 vector 尾部添加整型
names.push_back (name); // 添加串和添加整型体现差别的潜在的操作

静态的多态机制不会导致与虚拟函数相关的运行时开。此外，操作符重载和模板两者是通用算法最基本的东西，在STL中体现得尤为突出。

那么接下来我们说说以虚函数形式多态：

通常都有以重载、覆盖、隐藏来三中方式，三种方式的区别大家应该要很深入的了解，这里就不多说了。

许多开发人员往往将这种情况和C++的多态性搞混淆，下面我从两方面为大家解说：

1、 编译的角度

C++编译器在编译的时候，要确定每个对象调用的函数的地址，这称为早期绑定（early binding）。

2、 内存模型的角度

为了确定对象调用的函数的地址，就要使用迟绑定（late binding）技术。当编译器使用迟绑定时，就会在运行时再去确定对象的类型以及正确的调用函数。而要让编译器采用迟绑定，就要在基类中声明函数时使用virtual关键字（注意，这是必须的，很多开发人员就是因为没有使用虚函数而写出很多错误的例子），这样的函数我们称为虚函数。一旦某个函数在基类中声明为virtual，那么在所有的派生类中该函数都是virtual，而不需要再显式地声明为virtual。

那么如何定位虚表呢？编译器另外还为每个类的对象提供了一个虚表指针（即vptr），这个指针指向了对象所属类的虚表。在程序运行时，根据对象的类型去初始化vptr，从而让vptr正确的指向所属类的虚表，从而在调用虚函数时，就能够找到正确的函数。

正是由于每个对象调用的虚函数都是通过虚表指针来索引的，也就决定了虚表指针的正确初始化是非常重要的。换句话说，在虚表指针没有正确初始化之前，我们不能够去调用虚函数。那么虚表指针在什么时候，或者说在什么地方初始化呢？

答案是在构造函数中进行虚表的创建和虚表指针的初始化。还记得构造函数的调用顺序吗，在构造子类对象时，要先调用父类的构造函数，此时编译器只“看到了”父类，并不知道后面是否后还有继承者，它初始化父类对象的虚表指针，该虚表指针指向父类的虚表。当执行子类的构造函数时，子类对象的虚表指针被初始化，指向自身的虚表。

要注意：对于虚函数调用来说，每一个对象内部都有一个虚表指针，该虚表指针被初始化为本类的虚表。所以在程序中，不管你的对象类型如何转换，但该对象内部的虚表指针是固定的，所以呢，才能实现动态的对象函数调用，这就是C++多态性实现的原理。

总结（基类有虚函数）：

1、 每一个类都有虚表。

2、 虚表可以继承，如果子类没有重写虚函数，那么子类虚表中仍然会有该函数的地址，只不过这个地址指向的是基类的虚函数实现。如果基类3个虚函数，那么基类的虚表中就有三项（虚函数地址），派生类也会有虚表，至少有三项，如果重写了相应的虚函数，那么虚表中的地址就会改变，指向自身的虚函数实现。如果派生类有自己的虚函数，那么虚表中就会添加该项。

3、 派生类的虚表中虚函数地址的排列顺序和基类的虚表中虚函数地址排列顺序相同。

在调用基类的构造函数时，编译器只“看到了”父类，并不知道后面是否后还有继承者，它只是初始化父类对象的虚表指针，让该虚表指针指向父类的虚表，所以你看到结果当然不正确。只有在子类的构造函数调用完毕后，整个虚表才构建完毕，此时才能真正应用C++的多态性。换句话说，我们不要在构造函数中去调用虚函数，当然如果你只是想调用本类的函数，也无所谓。）

一篇文章：

多态是面向对象的基本特征之一。而虚函数是实现多态的方法。那么virtual function到底如何实现多态的呢？

1 基类的内存分布情况
请看下面的sample

class A
{
void g(){.....}
};
则sizeof(A)=1；
如果改为如下：
class A
{
public:
    virtual void f()
    {
       ......
    }
    void g(){.....}
}
则sizeof(A)=4! 这是因为在类A中存在virtual function,为了实现多态，每个含有virtual function的类中都隐式包含着一个静态虚指针vfptr指向该类的静态虚表vtable, vtable中的表项指向类中的每个virtual function的入口地址
例如 我们declare 一个A类型的object :
    A c;
    A d;
则编译后其内存分布如下：

从vfptr所指向的vtable可以看出，每个virtual function都占有一个entry,例如本例中的f函数。而g函数因为不是virtual类型，故不在vtable的表项之内。说明：vtab属于类成员静态pointer，而vfptr属于对象pointer。（所有class object都是同一个vtable）。

2 继承类的内存分布状况
假设代码如下：
public B:public A
{
public :
    int f() //override virtual function
    {
        return 3;
    }
};

则
A c;
A d;
B e;
编译后，其内存分布如下：

从中我们可以看出,B类型的对象e有一个vfptr指向vtable address：0x011158ac ,而A类型的对象c和d共同指向类的vtable address:0x01115834

3 动态绑定过程的实现
    我们说多态是在程序进行动态绑定得以实现的，而不是编译时就确定对象的调用方法的静态绑定。
    其过程如下：
    程序运行到动态绑定时，通过基类的指针所指向的对象类型，通过vfptr找到其所指向的vtable，然后调用其相应的方法，即可实现多态。
例如：
A c;
B e;
A *pc=&e; //设置breakpoint，运行到此处
 pc=&c;
此时内存中各指针状况如下：

可以看出，此时pc指向类B的虚表地址，从而调用对象e的方法。

继续运行，当运行至pc=&c时候，此时pc的vptr指向类A的vtable地址，从而调用c的方法。
这就是动态绑定！(dynamic binding)或者叫做迟后联编（lazy compile)。

更多参考：http://www.cnblogs.com/Winston/archive/2008/06/30/1232542.html