編譯器對(duì)于多態(tài)的實(shí)現(xiàn)是怎樣的呢？下面請(qǐng)看一個(gè)例子：
view plaincopy to clipboardprint?Class Point { Public: Virtual void print(); …… }; Class Point2D : public Point { Public: Virtual void print(); … }; (實(shí)現(xiàn)部分略) Point2D pt2d; Point *pt = &pt2d; Pt->print(); //這里的多態(tài)要求是要調(diào)用Point2D:: print( ); Class Point { Public: Virtual void print(); …… }; Class Point2D : public Point { Public: Virtual void print(); … }; (實(shí)現(xiàn)部分略) Point2D pt2d; Point *pt = &pt2d; Pt->print(); //這里的多態(tài)要求是要調(diào)用Point2D:: print( );
編譯器會(huì)怎么做呢？用上一篇筆記里面的name mangling是不行的。
當(dāng)然，在這個(gè)例子里面，如果你編譯的時(shí)候用優(yōu)化選項(xiàng)，編譯器也許會(huì)把上面三條語句優(yōu)化如下：Point2D pt2d; pt2d.print( ); ！?。∧阋苍S會(huì)驚訝：編譯器這么牛？！是的，編譯器會(huì)分基本快，然后對(duì)每一個(gè)基本塊進(jìn)行優(yōu)化合并；（相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)參考編譯原理，我也已經(jīng)忘的差不多了）；
但是但對(duì)于下面的例子，估計(jì)再牛的編譯器也沒有辦法：
view plaincopy to clipboardprint?void printPoint(Point * pt) { pt->print(); …… } //在某處調(diào)用： Point pt; … printPoint(&pt); … Point2D pt2d； … //再另外的某處調(diào)用 printPoint(&pt); void printPoint(Point * pt) { pt->print(); …… } //在某處調(diào)用： Point pt; … printPoint(&pt); … Point2D pt2d； … //再另外的某處調(diào)用 printPoint(&pt);
可以看到，如果不用點(diǎn)措施，犧牲一點(diǎn)東西，printPoint里面是不知道那個(gè)Point指針的所指向的真正對(duì)象是哪個(gè)的。那么，怎么辦呢？（換了是你，你說怎么辦？）
如果某種技術(shù)解決不了某些問題，原因就是在這些問題里面還有一些信息是某些技術(shù)所沒有用到的。這就是技術(shù)的一般方法論（出處在我這里，呵呵）
那么，根據(jù)上面的方法論的指導(dǎo)，只需要再增加某些信息，然后再增加某些中間層，把信息放到中間層里面去，也許就可以解決（廢話…）
這雖然是廢話，但是也顯示了多態(tài)的實(shí)質(zhì)。所以就叫做顯示多態(tài)實(shí)質(zhì)的廢話吧。
具體如下：
1、編譯器遇到了class Point的定義的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)有里面有virtual的成員函數(shù)，于是將這個(gè)類的定義轉(zhuǎn)換如下：
view plaincopy to clipboardprint?//c++ 偽代碼，實(shí)際的編譯器是不會(huì)這么做的，他會(huì)把這些直接轉(zhuǎn)成機(jī)器碼。 struct Point { void *vptr_point; //vptr，指向下面定義的全局變量vtable_Point; …. //其他數(shù)據(jù)成員 }; //虛函數(shù)Point::print經(jīng)過name mangling轉(zhuǎn)化后的全局函數(shù) void print_Point（const Point *p){….} //編譯器自動(dòng)生成的構(gòu)造函數(shù)經(jīng)name mangling轉(zhuǎn)換過來的全局函數(shù)，以確 //保vptr正確初始化 void Point_constructor(Point *p) { p->vptr_point = vtable_Point; } void * vtable_Point[] = {&print_Point, } //虛函數(shù)表 //c++ 偽代碼，實(shí)際的編譯器是不會(huì)這么做的，他會(huì)把這些直接轉(zhuǎn)成機(jī)器碼。 struct Point { void *vptr_point; //vptr，指向下面定義的全局變量vtable_Point; …. //其他數(shù)據(jù)成員 }; //虛函數(shù)Point::print經(jīng)過name mangling轉(zhuǎn)化后的全局函數(shù) void print_Point（const Point *p){….} //編譯器自動(dòng)生成的構(gòu)造函數(shù)經(jīng)name mangling轉(zhuǎn)換過來的全局函數(shù)，以確 //保vptr正確初始化 void Point_constructor(Point *p) { p->vptr_point = vtable_Point; } void * vtable_Point[] = {&print_Point, } //虛函數(shù)表
2、對(duì)Point2D的轉(zhuǎn)換如下的偽代碼所示：（注意，雖然Point2D的定義里面沒有定義vritual，但是其基類Point有成員函數(shù)定義了virtual，所以還是有虛函數(shù)表，即使Point2D什么都沒有寫，如下所示：class Point2D : public Point{}也有虛函數(shù)表，Point2D的每一個(gè)對(duì)象也還會(huì)有vptr成員。 ）
view plaincopy to clipboardprint?//Point2D的偽代碼 struct Point2D { void *vptr_point; /*vptr，其實(shí)，這個(gè)指針是從基類Point里面繼承下來的，所以這的名 字不變，還是vptr_point(再次強(qiáng)調(diào)，這是偽代碼，不要以為實(shí)際編譯器 里面真的給vptr取了這個(gè)名字啊！)指向下面定義的全局變量.*/ …. //其他數(shù)據(jù)成員 }; //虛函數(shù)Point2D::print經(jīng)過name mangling轉(zhuǎn)化后的全局函數(shù) void print_Point2D（const Point2D *p){….} //編譯器自動(dòng)生成的構(gòu)造函數(shù)經(jīng)name mangling轉(zhuǎn)換過來的全局函數(shù)，以確保 //vptr正確初始化 void Point2D_constructor(Point2D *p) { p->vptr_point2D = vtable_Point2D; } //Point2D的虛函數(shù)表 void * vtable_Point2D[] = {&print_Point2D }; /* 注意，如果Point2D里面沒有定義Print（也就是說派生類沒有override 虛函數(shù)），那么這個(gè)地方的初始化就變成 Void * vtable_Point2D[] = {&print_Point}; */ //Point2D的偽代碼 struct Point2D { void *vptr_point; /*vptr，其實(shí)，這個(gè)指針是從基類Point里面繼承下來的，所以這的名 字不變，還是vptr_point(再次強(qiáng)調(diào)，這是偽代碼，不要以為實(shí)際編譯器 里面真的給vptr取了這個(gè)名字?。?指向下面定義的全局變量.*/ …. //其他數(shù)據(jù)成員 }; //虛函數(shù)Point2D::print經(jīng)過name mangling轉(zhuǎn)化后的全局函數(shù) void print_Point2D（const Point2D *p){….} //編譯器自動(dòng)生成的構(gòu)造函數(shù)經(jīng)name mangling轉(zhuǎn)換過來的全局函數(shù)，以確保 //vptr正確初始化 void Point2D_constructor(Point2D *p) { p->vptr_point2D = vtable_Point2D; } //Point2D的虛函數(shù)表 void * vtable_Point2D[] = {&print_Point2D }; /* 注意，如果Point2D里面沒有定義Print（也就是說派生類沒有override 虛函數(shù)），那么這個(gè)地方的初始化就變成 Void * vtable_Point2D[] = {&print_Point}; */
那么下面的語句：
view plaincopy to clipboardprint?Point2D pt2d; Point *p = &pt2d; p->print(); Point2D pt2d; Point *p = &pt2d; p->print();
就會(huì)變成類似于下面的偽代碼：(C式的，不是C++式的)
view plaincopy to clipboardprint?struct Point2D pt2d; //再次說明是C式的偽代碼，C語言的定義是沒有什么構(gòu)造函數(shù)的 Point2D_Constructor(&pt2d); //調(diào)用上面提過的由編譯器自動(dòng)生成的構(gòu)造函數(shù)轉(zhuǎn)換過來的全局函數(shù)，作用是正確初始化pt2d中的指針，讓它指向Point2D的需函數(shù)表； //指針類型轉(zhuǎn)換，看我筆記：指針類型轉(zhuǎn)換； Point *p = (Point *)&pt2d; (p->vptr_point)[0] )(pt) //調(diào)用p里面的vptr_point[0], 注意上面的初始化中的vptr_point指向Point2D的虛函數(shù)表，這個(gè)表格的第一項(xiàng)就是放則print相關(guān)的入口地址：指向Point2D：：print，后面那個(gè)pt是把參數(shù)（也就是this指針）傳進(jìn)去。 struct Point2D pt2d; //再次說明是C式的偽代碼，C語言的定義是沒有什么構(gòu)造函數(shù)的 Point2D_Constructor(&pt2d); //調(diào)用上面提過的由編譯器自動(dòng)生成的構(gòu)造函數(shù)轉(zhuǎn)換過來的全局函數(shù)，作用是正確初始化pt2d中的指針，讓它指向Point2D的需函數(shù)表； //指針類型轉(zhuǎn)換，看我筆記：指針類型轉(zhuǎn)換； Point *p = (Point *)&pt2d; (p->vptr_point)[0] )(pt) //調(diào)用p里面的vptr_point[0], 注意上面的初始化中的vptr_point指向Point2D的虛函數(shù)表，這個(gè)表格的第一項(xiàng)就是放則print相關(guān)的入口地址：指向 Point2D：：print，后面那個(gè)pt是把參數(shù)（也就是this指針）傳進(jìn)去。
看了之后是不是覺得有點(diǎn)無語啊，怎么虛函數(shù)的調(diào)用原來這么麻煩??！看來還是C語言好啊，起碼不會(huì)做這么多事……
注意，不是這樣的，以上的過程都是在編譯階段就做好了的，那些虛函數(shù)表在編譯階段就已經(jīng)做好了。所以對(duì)于多態(tài)的執(zhí)行的代價(jià)如下：
1、 對(duì)于空間來說，每一個(gè)定義了virtual的類，都在全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)里面有一張?zhí)摵瘮?shù)表，虛函數(shù)表的大小決定于這個(gè)類的體系（就是這個(gè)類及其基類）中虛函數(shù)的個(gè)數(shù)。（這張表是在編譯階段就已經(jīng)定義好了）
2、 以上類的每一個(gè)對(duì)象實(shí)例，在空間上多了一個(gè)指針的空間。
3、在類的構(gòu)造函數(shù)里面，多了一條語句的開銷（這條語句就是初始化上面多出來的指針，指向相應(yīng)類型的虛函數(shù)表），這個(gè)要留意，如果類中沒有聲明構(gòu)造函數(shù)，這個(gè)時(shí)候，編譯器會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)（說到這里，不要以為編譯器無論在什么時(shí)候都會(huì)為你的類生成一個(gè)默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)啊~，以后的筆記會(huì)對(duì)這個(gè)問題重點(diǎn)討論），因此，還多了一個(gè)你可能并不想要的調(diào)用函數(shù)的開銷(當(dāng)然，也可能是以內(nèi)聯(lián)的方式嵌到代碼當(dāng)中，這個(gè)就要看編譯器的能力了)
4、 在執(zhí)行語句p->print();的時(shí)候，由于編譯器已經(jīng)轉(zhuǎn)換為(p->vptr_point)[0] )(pt)；實(shí)際上多個(gè)間接層，看出來沒有，一般的p->f()只需要f_Point()…做全局調(diào)用就可以了（name mangling轉(zhuǎn)換），現(xiàn)在卻要對(duì)p尋址，尋址了還要找vptr_point在取它指向的0-4的字節(jié)，然后再調(diào)用那個(gè)地址….說起來好像間接層不止一個(gè)……
以上的4點(diǎn)就是c++中虛函數(shù)調(diào)用的運(yùn)行時(shí)候所付出的幾乎所有代價(jià)。
所以以后參加面試的時(shí)候，有人問起：class A , A *p; … p->func() 的內(nèi)部代價(jià)是怎樣的？你一定一定要答詳細(xì)一點(diǎn)，有多詳細(xì)就答多詳細(xì)，最好能說出前因后果，不要像我一樣，當(dāng)時(shí)就答：“當(dāng)func是A的虛函數(shù)的時(shí)候，代價(jià)會(huì)大一些…”……是不是無語了，呵呵
（注：他當(dāng)時(shí)問的是：a.func() 和pa->func()在實(shí)現(xiàn)上有什么不同。其實(shí)和上面的問題是一樣的，我心里也知道有什么不同，只不過答的時(shí)候就說了一句話……）
這種運(yùn)行時(shí)才查表來調(diào)用函數(shù)的機(jī)制，被稱為動(dòng)態(tài)綁定…，好像很有術(shù)語的味道，但其實(shí)也就這么回事而已，天下事有難易乎…
關(guān)于這種虛函數(shù)表的機(jī)制的內(nèi)存布局圖，這里就不畫了，在我上面的筆記：三種內(nèi)存布局里面有圖；
還有兩個(gè)地方需要說一下的：
1、 虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制不止一種，其實(shí)還有幾種機(jī)制；不過這一種最高效（c++的目標(biāo)之一?。?，所以幾乎所有的編譯器都用了這種方法，當(dāng)然，這種方法也是有缺點(diǎn)的，請(qǐng)參考我的“MFC消息映射原理”，或者是別的文章。
2、關(guān)于虛函數(shù)表的表項(xiàng)和函數(shù)的入口地址關(guān)系，在這里似乎用了一種硬編碼的方法，比如索引0的表項(xiàng)放的是print函數(shù)的，1放的是**函數(shù)的…而且所有派生類的虛函數(shù)表的表項(xiàng)也得這么做，這個(gè)順序應(yīng)該是按照類的定義里面那些虛函數(shù)的聲明次序來的。而且，如果派生類有新的虛函數(shù)，這些新的虛函數(shù)要在虛函數(shù)表中往后插（不能前插，因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)是硬編碼了，注意）；這個(gè)我沒有看過別人的見解，是我自己推測(cè)出來的，不過想來也應(yīng)該如此，如有不對(duì)之處，請(qǐng)各位多多指教，小弟不勝感激。
3、關(guān)于各家編譯器實(shí)現(xiàn)的差異，關(guān)于vptr在對(duì)象中的安插位置，不同的編譯器中可能不同，比如g++ 3.4.3將其插入到每個(gè)對(duì)象的最前面一項(xiàng)，在vs2005中是插在最后面一項(xiàng)的。至于有沒有插到中間的，我就不知道了。其實(shí)有一種情況是插到中間的，這個(gè)到討論多重繼承的多態(tài)性時(shí)候再說。
下面的代碼有個(gè)疑問，大家不妨看看：
view plaincopy to clipboardprint?class B { public: virtual void print(int); //注意，這個(gè)虛函數(shù)帶有參數(shù)int }; class D : public B { public: void print(float) //注意，這個(gè)print帶參數(shù)float }; /*如果有如下語句：*/ D d; B *pb = &d; D *pd = &d; Pb->print(1.4f); //這個(gè)調(diào)用了哪個(gè)函數(shù)？ Pd->print(1.4f); //這個(gè)函數(shù)呢？調(diào)用了那個(gè)函數(shù)？ class B { public: virtual void print(int); //注意，這個(gè)虛函數(shù)帶有參數(shù)int }; class D : public B { public: void print(float) //注意，這個(gè)print帶參數(shù)float }; /*如果有如下語句：*/ D d; B *pb = &d; D *pd = &d; Pb->print(1.4f); //這個(gè)調(diào)用了哪個(gè)函數(shù)？ Pd->print(1.4f); //這個(gè)函數(shù)呢？調(diào)用了那個(gè)函數(shù)？
編譯器遇到這種情況，又是怎么做的呢？以上的情況，到底屬于怎樣的一種情況呢，請(qǐng)看下篇筆記，隱藏和二義性~，謝謝各位觀光，呵呵。
PS. 寫了這么多篇筆記，關(guān)于《深度探索C++對(duì)象模型》的內(nèi)容還沒有正式開始討論呢，還是在熱身階段，本來想看看大家對(duì)我寫的這些東西有什么反饋的，哪知道一點(diǎn)反饋都沒有，要么就是灌水的貼，比如“寫的好啊”之類的回帖。
那就有兩種可能，一是高手看了覺得我的文章錯(cuò)漏百出，不屑一看；二就是大家看不懂我的文章到底在寫些什么東西，覺得莫名其妙；
但是，這些文章代表的是我現(xiàn)在對(duì)c++的理解，如果各位發(fā)現(xiàn)了問題能告訴我一下，我實(shí)在是不勝感激，哪怕是評(píng)論說：“你這些文章文筆太爛，語句不通，一點(diǎn)都看不懂”都會(huì)對(duì)我有所幫助。
因?yàn)槲矣X得一個(gè)互動(dòng)的平臺(tái)，比一個(gè)單獨(dú)的閱讀和筆記更有利于提高雙方的能力和理解。
另外一個(gè)，是我覺得，學(xué)習(xí)別人文章的態(tài)度，并不是一味的全盤吸收，而應(yīng)該是有所懷疑，在懷疑的基礎(chǔ)上在加以論證，從懷疑出發(fā)，經(jīng)過驗(yàn)證，到最后得到結(jié)論，這樣的學(xué)習(xí)的印象會(huì)比單獨(dú)吸收結(jié)論要深的多，而且不容易偏信；（再次說明，我在這里的很多推論性的東西都是我自己推猜出來的，沒有經(jīng)過任何權(quán)威的肯定，也沒有看過編譯器源碼去驗(yàn)證）
對(duì)人則不然，對(duì)人際交流來說應(yīng)該持相反的態(tài)度，是先相信你說的話，經(jīng)過考察，再慢慢的下結(jié)論；
但是我們中國(guó)人，卻恰好相反，對(duì)人是一開始持懷疑的態(tài)度，慢慢慢慢的熟悉了，才相信你；對(duì)別人網(wǎng)上貼的文章，則是一開始就全盤接收，在經(jīng)過錯(cuò)誤的教訓(xùn)之后，才開始提出反對(duì)意見（這個(gè)時(shí)候往往有對(duì)其作者的辱罵一起的傾向）。
