深入解析C++多态机制

class animal
{
public:
	virtual void call()
	{
		std::cout << "动物叫声" << std::endl;
	}
};
class dog : public animal
{
public:
	virtual void call()
	{
		std::cout << "汪汪" << std::endl;
	}
};
void func(animal& A)
{
	A.call();
}
int main()
{
	animal a;
	dog d;
	func(a);//动物叫声
	func(d);//汪汪
	return 0;
}

2.虚函数

虚函数：用virtual关键字修饰的类成员函数
核心目的：实现运行时多态（动态绑定），允许基类指针/引用调用派生类的重写函数

3.析构函数重写

基类的析构函数为虚函数，此时派⽣类析构函数只要定义，⽆论是否加virtual关键字，都与基类的析构函数构成重写，虽然基类与派⽣类析构函数名字不同看起来不符合重写的规则，实际上编译器对析构函数的名称做了特殊处理，编译后析构函数的名称统⼀处理成destructor，所以基类的析构函数加了 vialtual修饰，派⽣类的析构函数就构成重写。

如果析构函数不加virtual的话可能会产生析构。下面代码如果没有加，b会产生内存泄漏，~B不会运行。

class A
{
public:
	virtual ~A()
	{
		std::cout << "~A()" << std::endl;
	}
};
class B : public A
{
public:
	virtual ~B()
	{
		std::cout << "~B()" << std::endl;
	}
};
int main()
{
	A* a = new A;
	A* b = new B;
	delete a;// ~A()
	delete b;// ~B()  +   ~A()
	return 0;
}

4.协变(了解即可)

派⽣类重写基类虚函数时，与基类虚函数返回值类型不同。即基类虚函数返回基类对象的指针或者引⽤，派⽣类虚函数返回派⽣类对象的指针或者引⽤时，称为协变。协变的实际意义并不⼤，所以我们了解⼀下即可。

class Base {};
class Derived : public Base {};

class Creator {
public:
    virtual Base* create() {  // 基类返回 Base*
        return new Base();
    }
};

class DerivedCreator : public Creator {
public:
    virtual Derived* create() override {  // 协变返回：Derived*
        return new Derived();
    }
};

三.override和final关键字

1.override

编译器检查：确保函数签名与基类虚函数完全匹配
防止意外隐藏：检测拼写错误/参数类型错误

代码可读性：显式表达设计意图

class animal
{
public:
	virtual void call()
	{
		std::cout << "动物叫声" << std::endl;
	}
	int a;
};
class dog : public animal
{
public:
	virtual void call() override //明确重写关系
	{
		std::cout << "汪汪" << std::endl;
	}
	int b;
};

2.final

安全加固：防止关键功能被意外修改
性能优化：提示编译器可去虚拟化（devirtualization）

接口锁定：在框架设计中明确终止扩展点

class animal //如果放在这里就是不能被继承
{
public:
	virtual void call() final//声明不能重写
	{
		std::cout << "动物叫声" << std::endl;
	}
	int a;
};
class dog : public animal
{
public:
	virtual void call()//这里报错
	{
		std::cout << "汪汪" << std::endl;
	}
	int b;
};

四.重载/重写/隐藏的对⽐

注意：这个概念对⽐经常考，⼤家得理解记忆⼀下

特性	重载(Overload)	重写/覆盖(Override)	重定义/隐藏(Redefine)
作用域	同一作用域	继承体系	继承体系
函数签名要求	参数列表必须不同	签名完全一致（协变返回除外）	函数名相同，参数可不同
virtual关键字	不需要	基类必须声明`virtual`	不需要
多态类型	编译时多态（静态）	运行时多态（动态）	无多态（静态绑定）
关键字支持	无	`override`（C++11）	无
基类函数可见性	不影响	不隐藏其他重载	隐藏基类所有同名函数

五.纯虚函数和抽象类

在虚函数的后⾯写上=0，则这个函数为纯虚函数，纯虚函数不需要定义实现(实现没啥意义因为要被派⽣类重写，但是语法上可以实现)，只要声明即可。包含纯虚函数的类叫做抽象类，抽象类不能实例化出对象，如果派⽣类继承后不重写纯虚函数，那么派⽣类也是抽象类。纯虚函数某种程度上强制了派⽣类重写虚函数，因为不重写实例化不出对象

class animal
{
public:
	virtual void call() = 0;
	int a;
};
class dog : public animal
{
public:
	virtual void call()
	{
		std::cout << "汪汪" << std::endl;
	}
	int b;
};
class cat : public animal
{
public:
	virtual void call()
	{
		std::cout << "喵喵" << std::endl;
	}
};
void func(animal& A)
{
	A.call();
}
int main()
{
	animal c1;//这里抽象类不能实例化
	cat* c2 = new animal;//这样子也不行
	animal* c3 = new cat;//但是可以这样子
	dog d;
	cat c;
	func(c);
	func(d);
	c3->call();//输出喵喵
	delete c3;
	delete c2;
	return 0;
}

六.底层实现机制

class animal
{
public:
	virtual void call()
	{
		std::cout << "动物叫声" << std::endl;
	}
	int a;
};
int main()
{
	printf("%zu\n", sizeof(animal));//如果是x64环境是 8（因为这里有虚函数指针+int）
    return 0;
}

1. 虚函数表（vtable）

每个包含虚函数的类都有一个隐藏的虚函数表
存储该类所有虚函数的函数指针
编译器自动生成，在编译期确定

2. 虚指针（vptr）

每个对象包含一个指向vtable的隐藏指针
位于对象内存布局首部（32位系统4字节，64位系统8字节）
构造函数中初始化，析构函数中销毁

#include <iostream>

class Base {
public:
    virtual void display() {
        std::cout << "Base::display()" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void display() override {
        std::cout << "Derived::display()" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Base* ptr = new Derived();
    ptr->display();  // 运行时动态绑定
    delete ptr;
    return 0;
}

3.底层细节

1. 当创建 Derived 对象时，对象内部会有一个虚指针 vptr，它指向 Derived 类的虚函数表。
2. 当通过基类指针 ptr 调用 display 函数时，编译器会通过 ptr 找到对象的虚指针 vptr。
3. 然后通过 vptr 找到 Derived 类的虚函数表。
4. 在虚函数表中找到 display 函数的地址，并调用该函数，从而实现了动态绑定。

4.多继承情况下的虚函数表

在多继承的情况下，每个派生类可能会有多个虚函数表，分别对应不同的基类。派生类对象的虚指针会根据基类的顺序指向不同的虚函数表，具体的实现会更加复杂，但基本原理仍然是通过虚函数表和虚指针来实现动态绑定。

总之，C++ 的静态多态在编译阶段确定函数调用，而动态多态在运行时根据对象的实际类型确定函数调用，通过虚函数表和虚指针实现了灵活的多态性。

亚马逊云科技技术品牌专区

更多推荐

测试流量、测试粉丝

💎【行业认证·权威头衔】✔ 华为云天团核心成员：特约编辑/云享专家/开发者专家/产品云测专家✔ 开发者社区全满贯：CSDN博客&商业化双料专家/阿里云签约作者/腾讯云内容共创官/掘金&亚马逊&51CTO顶级博主✔ 技术生态共建先锋：横跨鸿蒙、云计算、AI等前沿领域的技术布道者🏆【荣誉殿堂】🎖 连续三年蝉联"华为云十佳博主"（2022-2024）🎖 双冠加冕CSDN"年度博客之星TOP2"（

亚马逊云科技技术品牌专区

人工智能训练的核心秘密：梯度下降与L1/L2正则化

y_true = 2预测值 10 比真实值 2 大了 8，模型错了。定义一个函数，用来量化"错得有多严重"。这个函数叫损失函数，我们用均方误差把当w = 10这个 64 代表当前模型的错误程度。方法解决的问题梯度公式对参数的作用梯度下降如何找到让损失最小的参数梯度 = 2×误差×x_k让每个参数朝损失减小的方向移动L2 正则化防止参数过大导致过拟合梯度 = 2×误差×x_k + 2×λ×w_k所有