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1、c++實(shí)現(xiàn)多態(tài)的方法

其實(shí)很多人都知道，虛函數(shù)在c++中的實(shí)現(xiàn)機(jī)制就是用虛表和虛指針，但是具體是怎樣的呢？從more effecive c++其中一篇文章里面可以知道：是每個(gè)類用了一個(gè)虛表，每個(gè)類的對(duì)象用了一個(gè)虛指針。具體的用法如下：

class A
{
public:
    virtual void f();
    virtual void g();
private:
    int a
};

class B : public A
{
public:
    void g();
private:
    int b;
};

//A，B的實(shí)現(xiàn)省略

因?yàn)锳有virtual void f（），和g（），所以編譯器為A類準(zhǔn)備了一個(gè)虛表vtableA，內(nèi)容如下：

A::f 的地址
 
A::g 的地址
 

B因?yàn)槔^承了A，所以編譯器也為B準(zhǔn)備了一個(gè)虛表vtableB，內(nèi)容如下：

A::f 的地址
B::g 的地址

注意：因?yàn)锽::ｇ是重寫了的，所以B的虛表的g放的是B::g的入口地址，但是f是從上面的A繼承下來(lái)的，所以f的地址是A::f的入口地址。

然后某處有語(yǔ)句 B bB;的時(shí)候，編譯器分配空間時(shí)，除了A的int a，B的成員int b；以外，還分配了一個(gè)虛指針vptr，指向B的虛表vtableB，bB的布局如下：

vptr ： 指向B的虛表vtableB
 
int a： 繼承A的成員
 
int b： B成員
 

當(dāng)如下語(yǔ)句的時(shí)候：
A *pa = &bB;

pa的結(jié)構(gòu)就是A的布局（就是說(shuō)用pa只能訪問(wèn)的到bB對(duì)象的前兩項(xiàng)，訪問(wèn)不到第三項(xiàng)int b）

那么pa->g()中，編譯器知道的是，g是一個(gè)聲明為virtual的成員函數(shù)，而且其入口地址放在表格（無(wú)論是vtalbeA表還是vtalbeB表）的第2項(xiàng)，那么編譯器編譯這條語(yǔ)句的時(shí)候就如是轉(zhuǎn)換：call *(pa->vptr)[1]（C語(yǔ)言的數(shù)組索引從0開始哈~）。

這一項(xiàng)放的是B：：g()的入口地址，則就實(shí)現(xiàn)了多態(tài)。（注意bB的vptr指向的是B的虛表vtableB）

另外要注意的是，如上的實(shí)現(xiàn)并不是唯一的，C++標(biāo)準(zhǔn)只要求用這種機(jī)制實(shí)現(xiàn)多態(tài)，至于虛指針vptr到底放在一個(gè)對(duì)象布局的哪里，標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有要求，每個(gè)編譯器自己決定。我以上的結(jié)果是根據(jù)g++ 4.3.4經(jīng)過(guò)反匯編分析出來(lái)的。

2、兩種多態(tài)實(shí)現(xiàn)機(jī)制及其優(yōu)缺點(diǎn)

除了c++的這種多態(tài)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制之外，還有另外一種實(shí)現(xiàn)機(jī)制，也是查表，不過(guò)是按名稱查表，是smalltalk等語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

（1）、按照絕對(duì)位置查表，這種方法由于編譯階段已經(jīng)做好了索引和表項(xiàng)(如上面的call *(pa->vptr[1]） )，所以運(yùn)行速度比較快;缺點(diǎn)是：當(dāng)A的virtual成員比較多（比如1000個(gè)），而B重寫的成員比較少（比如2個(gè)），這種時(shí)候，B的vtableＢ的剩下的998個(gè)表項(xiàng)都是放Ａ中的ｖｉｒｔｕａｌ成員函數(shù)的指針，如果這個(gè)派生體系比較大的時(shí)候，就浪費(fèi)了很多的空間。

比如：ＧＵＩ庫(kù)，以ＭＦＣ庫(kù)為例，ＭＦＣ有很多類，都是一個(gè)繼承體系；而且很多時(shí)候每個(gè)類只是１，２個(gè)成員函數(shù)需要在派生類重寫，如果用Ｃ＋＋的虛函數(shù)機(jī)制，每個(gè)類有一個(gè)虛表，每個(gè)表里面有大量的重復(fù)，就會(huì)造成空間利用率不高。于是ＭＦＣ的消息映射機(jī)制不用虛函數(shù)，而用第二種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多態(tài)，那就是：

（２）、按照函數(shù)名稱查表，這種方案可以避免如上的問(wèn)題；但是由于要比較名稱，有時(shí)候要遍歷所有的繼承結(jié)構(gòu)，時(shí)間效率性能不是很高。（關(guān)于ＭＦＣ的消息映射的實(shí)現(xiàn)，看下一篇文章）

３、總結(jié)：

如果繼承體系的基類的virtual成員不多，而且在派生類要重寫的部分占了其中的大多數(shù)時(shí)候，用Ｃ＋＋的虛函數(shù)機(jī)制是比較好的；

但是如果繼承體系的基類的virtual成員很多，或者是繼承體系比較龐大的時(shí)候，而且派生類中需要重寫的部分比較少，那就用名稱查找表，這樣效率會(huì)高一些，很多的ＧＵＩ庫(kù)都是這樣的，比如ＭＦＣ，ＱＴ

ＰＳ. 其實(shí)，自從計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之后，時(shí)間和空間就成了永恒的主題，因?yàn)閮烧咴?8%的情況下都無(wú)法協(xié)調(diào)，此長(zhǎng)彼消；這個(gè)就是計(jì)算機(jī)科學(xué)中的根本瓶頸之所在。軟件科學(xué)和算法的發(fā)展，就看能不能突破這對(duì)時(shí)空權(quán)衡了。呵呵

何止計(jì)算機(jī)科學(xué)如此，整個(gè)宇宙又何嘗不是如此呢？最基本的宇宙之謎，還是時(shí)間和空間