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c++中什么是多态_c++多态性概念与实现原理

裘德小鎮的故事

发布： 2025-09-28 14:20:03

原创

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多态指同一接口在不同对象中表现不同行为，分为编译时多态（函数重载）和运行时多态（虚函数），核心通过虚函数表实现动态绑定，需继承、virtual声明、重写及基类指针调用，抽象类含纯虚函数不可实例化，提升代码扩展性。

c++中什么是多态_c++多态性概念与实现原理

在C++中，多态是指同一接口在不同对象上表现出不同的行为。它允许我们用统一的方式处理不同类型的对象，是面向对象编程的三大核心特性之一（封装、继承、多态）。多态提高了代码的可扩展性和可维护性。

多态的基本概念

多态分为两种：编译时多态和运行时多态。

编译时多态：通过函数重载和运算符重载实现，在编译阶段就确定调用哪个函数。
运行时多态：通过虚函数和继承实现，在程序运行时根据对象的实际类型决定调用哪个函数。

通常所说的“C++多态”指的是运行时多态，它是通过基类指针或引用调用虚函数时，实际执行的是派生类中的函数版本。

多态的实现原理：虚函数与虚表

运行时多态的核心机制是虚函数（virtual function）和虚函数表（vtable）。

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当一个类声明了虚函数，编译器会为该类生成一个虚函数表（vtable），其中存放了指向各个虚函数的指针。
每个对象内部会包含一个隐藏的指针（vptr），指向其所属类的虚函数表。
当通过基类指针调用虚函数时，程序会根据对象实际类型查找对应的虚函数表，从而调用正确的函数版本。

例如：

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class Animal {
public:
    virtual void speak() {
        cout << "Animal speaks" << endl;
    }
};
<p>class Dog : public Animal {
public:
void speak() override {
cout << "Dog barks" << endl;
}
};</p><p>int main() {
Animal* ptr = new Dog();
ptr->speak();  // 输出: Dog barks
delete ptr;
return 0;
}

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虽然指针类型是 Animal*，但调用的是 Dog 的 speak() 函数，这就是多态的体现。

实现多态的关键条件

必须有继承关系。
基类中的函数必须声明为 virtual。
派生类重写（override）基类的虚函数。
通过基类的指针或引用调用虚函数。

注意：普通成员函数调用是静态绑定（编译时决定），而虚函数调用是动态绑定（运行时决定）。

纯虚函数与抽象类

有时我们希望基类只定义接口而不提供实现，这时可以使用纯虚函数：

class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;  // 纯虚函数
};
<p>class Circle : public Shape {
public:
void draw() override {
cout << "Drawing a circle" << endl;
}
};

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包含纯虚函数的类称为抽象类，不能实例化对象。派生类必须实现所有纯虚函数，否则仍是抽象类。

基本上就这些。多态让代码更灵活，能适应未来扩展，比如新增一个图形类无需修改已有调用逻辑。理解虚表机制有助于掌握底层原理，写出更高效的代码。

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