多態(tài)性 (polymorphism) 是面向?qū)ο缶幊痰幕咎卣髦弧６?C++ 中，多態(tài)性通過虛函數(shù) (virtual function) 來實(shí)現(xiàn)。我們來看一段簡單的代碼：
#include <iostream>
using namespace std;
class Base
{
int a;
public:
virtual void fun1() {cout<<"Base::fun1()"<<endl;}
virtual void fun2() {cout<<"Base::fun2()"<<endl;}
virtual void fun3() {cout<<"Base::fun3()"<<endl;}
};
class A:public Base
{
int a;
public:
void fun1() {cout<<"A::fun1()"<<endl;}
void fun2() {cout<<"A::fun2()"<<endl;}
};
void foo (Base& obj)
{
obj.fun1();
obj.fun2();
obj.fun3();
}
int main()
{
Base b;
A a;
foo(b);
foo(a);
}
運(yùn)行結(jié)果為：
Base::fun1()
Base::fun2()
Base::fun3()
A::fun1()
A::fun2()
Base::fun3()
僅通過基類的接口，程序調(diào)用了正確的函數(shù)，它就好像知道我們輸入的對象的類型一樣！
那么，編譯器是如何知道正確代碼的位置的呢？其實(shí)，編譯器在編譯時(shí)并不知道要調(diào)用的函數(shù)體的正確位置，但它插入了一段能找到正確的函數(shù)體的代碼。這稱之為 晚捆綁 (late binding) 或 運(yùn)行時(shí)捆綁 (runtime binding) 技術(shù)。
通過virtual 關(guān)鍵字創(chuàng)建虛函數(shù)能引發(fā)晚捆綁，編譯器在幕后完成了實(shí)現(xiàn)晚捆綁的必要機(jī)制。它對每個(gè)包含虛函數(shù)的類創(chuàng)建一個(gè)表(稱為VTABLE)，用于放置虛函數(shù)的地址。在每個(gè)包含虛函數(shù)的類中，編譯器秘密地放置了一個(gè)稱之為vpointer(縮寫為VPTR)的指針，指向這個(gè)對象的VTABLE。所以無論這個(gè)對象包含一個(gè)或是多少虛函數(shù)，編譯器都只放置一個(gè)VPTR即可。VPTR由編譯器在構(gòu)造函數(shù)中秘密地插入的代碼來完成初始化，指向相應(yīng)的VTABLE，這樣對象就“知道”自己是什么類型了。 VPTR都在對象的相同位置，常常是對象的開頭。這樣，編譯器可以容易地找到對象的VTABLE并獲取函數(shù)體的地址。
如果我們用sizeof查看前面Base類的長度，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它的長度不僅僅是一個(gè)int的長度，而是增加了剛好是一個(gè)void指針的長度（在我的機(jī)器里面，一個(gè)int占4個(gè)字節(jié)，一個(gè)void指針占4個(gè)字節(jié)，這樣正好類Base的長度為8個(gè)字節(jié)）。
每當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)包含虛函數(shù)的類或從包含虛函數(shù)的類派生一個(gè)類時(shí)，編譯器就為這個(gè)類創(chuàng)建一個(gè)唯一的VTABLE。在VTABLE中，放置了這個(gè)類中或是它的基類中所有虛函數(shù)的地址，這些虛函數(shù)的順序都是一樣的，所以通過偏移量可以容易地找到所需的函數(shù)體的地址。假如在派生類中沒有對在基類中的某個(gè)虛函數(shù)進(jìn)行重寫(overriding)，那末還使用基類的這個(gè)虛函數(shù)的地址(正如上面的程序結(jié)果所示)。
至今為止，一切順利。下面，我們的試驗(yàn)開始了。
就目前得知的，我們可以試探著通過自己的代碼來調(diào)用虛函數(shù)，也就是說我們要找尋一下編譯器秘密地插入的那段能找到正確函數(shù)體的代碼的足跡。
如果我們有一個(gè)Base指針作為接口，它一定指向一個(gè)Base或由Base派生的對象，或者是A，或者是其它什么。這無關(guān)緊要，因?yàn)閂PTR的位置都一樣，一般都在對象的開頭。如果是這樣的話，那么包含有虛函數(shù)的對象的指針，例如Base指針，指向的位置恰恰是另一個(gè)指針——VPTR。VPTR指向的 VTABLE其實(shí)就是一個(gè)函數(shù)指針的數(shù)組，現(xiàn)在，VPTR正指向它的第一個(gè)元素，那是一個(gè)函數(shù)指針。如果VPTR向后偏移一個(gè)Void指針長度的話，那么它應(yīng)該指向了VTABLE中的第二個(gè)函數(shù)指針了。
這看來就像是一個(gè)指針連成的鏈，我們得從當(dāng)前指針獲取它指向的下一個(gè)指針，這樣我們才能“順藤摸瓜”。那么，我來介紹一個(gè)函數(shù)：
void *getp (void* p)
{
return (void*)*(unsigned long*)p;
}
我們不考慮它漂亮與否，我們只是試驗(yàn)。getp() 可以從當(dāng)前指針獲取它指向的下一個(gè)指針。如果我們能找到函數(shù)體的地址，用什么來存儲(chǔ)它呢？我想應(yīng)該用一個(gè)函數(shù)指針：
typedef void (*fun)();
它與Base中的三個(gè)虛函數(shù)相似，為了簡單我們不要任何輸入和返回，我們只要知道它實(shí)際上被執(zhí)行了即可。
然后，我們負(fù)責(zé)“摸瓜”的函數(shù)登場了：
fun getfun (Base* obj, unsigned long off)
{
void *vptr = getp(obj);
unsigned char *p = (unsigned char *)vptr;
p += sizeof(void*) * off;
return (fun)getp(p);
}
第一個(gè)參數(shù)是Base指針，我們可以輸入Base或是Base派生對象的指針。第二個(gè)參數(shù)是VTABLE偏移量，偏移量如果是0那么對應(yīng)fun1()，如果是1對應(yīng)fun2()。getfun() 返回的是fun類型函數(shù)指針，我們上面定義的那個(gè)。可以看到，函數(shù)首先就對Base指針調(diào)用了一次getp()，這樣得到了vptr這個(gè)指針，然后用一個(gè) unsigned char指針運(yùn)算偏移量，得到的結(jié)果再次輸入getp()，這次得到的就應(yīng)該是正確的函數(shù)體的位置了。
那么它到底能不能正確工作呢？我們修改main() 來測試一下：
int main()
{
Base *p = new A;
fun f = getfun(p, 0);
(*f)();
f = getfun(p, 1);
(*f)();
f = getfun(p, 2);
(*f)();
delete p;
}
激動(dòng)人心的時(shí)刻到來了，讓我們運(yùn)行它！
運(yùn)行結(jié)果為：
A::fun1()
A::fun2()
Base::fun3()
至此，我們真的成功了。通過我們的方法，我們獲取了對象的VPTR，在它的體外執(zhí)行了它的虛函數(shù)。