一.程序的内存分区/程序模型
内存分区分别是堆、栈,自由存储区,全局/静态存储区、常量存储区和代码存储区。
栈:在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集里面,效率很高,但是分配的内存容量有限。
堆:就是哪些由new分配的内存块,他们的释放编译器不去管,由我们的应用程序去控制,一般一个new就对应一个delete。如果程序员没有释放掉,那么在程序结束后,操作系统会自动回收。
自由存储区:如果说堆是操作系统维护的一块内存,那么自由存储区就是C++中通过new和delete动态分配和释放对象的抽象概念。需要注意的是,自由存储区和堆比较像,但不等价。
全局/静态存储区:全局变量和静态变量被分配到同一块内存中,在以前的C语言中,全局变量和静态变量又分为初始化的和未初始化的,在C++中没有这个区分,它们共占同一块内存区,在该区定义的变量若没有初始化,则会被自动初始化,例如int型变量自动初始化为0。
常量存储区:这是一块比较特殊的存储区,这里面存放的是常量,不允许修改。
代码区:存放函数体的二进制代码。
二.多态的实现
在基类的函数前加上virtual关键字,在派生类中重写该函数,运行时将会根据所指对象的实际类型来调用相应的函数,如果对象类型是派生类,就调用派生类的函数,如果对象类型是基类,就调用基类的函数。
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
class A {
public:virtual void prints() {cout << "A::prints" << endl;}A() {cout << "A:构造函数" << endl;}
};
class B:public A {
public:virtual void prints() {cout << "B::prints" << endl;}B() {cout << "B:构造函数" << endl;}
};
class C :public A {
public:};
int main() {A *b = new B();b->prints();b = new C();b->prints();return 0;
}
子类B重写了基类A的虚函数,子类C并没有重写,从结果分析,依然是体现了多态性???
虚表和虚基表指针
要理解这个问题,我们要引出虚表和虚基表
虚表:虚函数表的缩写,类中含有 virtual 关键字修饰的方法时,编译器会自动生成虚表,它是在编译器确定的
虚表指针:在含有虚函数的类实例化对象时,对象地址的前四个字节存储的指向虚表的指针,它是在构造函数中被初始化的
上图就是虚表和虚表指针在基类对象和派生类对象中的模型,下面阐述实现多态的过程:
1.编译器在发现基类中含有虚函数时,会自动为每个含有虚函数的类生成一份虚表,该表是一个一维数组,虚表里保存了虚函数的入口地址
2.编译器会在每个对象的前四个字节中保存一个虚表指针,即vptr,指向对象所属类的虚表
3.所谓的合适时机,在派生类定义对象时,程序运行会自动调用构造函数,在构造函数中创建虚表并对虚表指针进行初始化。在构造子类对象时,会先调用父类的构造函数,此时,编译器只“看到了”父类,并为父类对象初始化虚表指针,令它指向父类的虚表;当调用子类的构造函数时,为子类对象初始化虚表指针,令它指向子类的虚表
4.当派生类对基类的虚函数没有重写时,派生类的虚表指针指向的是基类的虚表;当派生类对基类的虚函数重写时,派生类的虚表指针指向的是自身的虚表;当派生类中有自己的虚函数时,在自己的虚表中将此虚函数地址添加在后面。
所以,指向派生类的基类指针在运行时,就可以根据派生类对虚函数的重写情况动态的进行调用,从而实现多态性。