Lecture4 多态
继承的内存结构
- 顺序结构
Virtual Function
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函数指针 和 类的成员函数地址table
这段代码看起来像是用C或C++编写的。它定义了一个函数指针并使用它来调用一个函数。让我们逐步分析一下这段代码。
首先，
void (*vf)(int) 是定义了一个名为 vf 的函数指针，该指针指向一个接受一个整型参数且返回值类型为 void 的函数。接着，
(void (*)(int))fld 这部分将一个名为 fld 的表达式的值转换（类型强制转换）为 void (*)(int) 类型的指针。这里假设 fld 已经是某个函数的地址或者是一个可以被解释为函数地址的值。然后，
vf = (void (*)(int))fld; 这行代码将 fld 转换后的函数指针赋值给了 vf。最后，
vf(20); 这一行通过函数指针 vf 调用了这个函数，并传入了整数 20 作为参数。为了确保这段代码能够正确运行，需要满足以下条件：
fld必须是指向一个接受一个int参数并且返回void的函数的地址。
- 函数
fld必须在之前已经声明和定义过。
如果我们想要编写一个完整的示例程序，我们可以这样做：
在这个例子中，
&myFunction 取得的是 myFunction 的地址，然后将其转换为 void (*)(int) 类型。之后通过 vf 函数指针调用 myFunction(20)。在C或C++语言中，函数指针是一种特殊的指针类型，它可以存储函数的地址。函数指针允许你将函数当作变量一样传递给其他函数，或者通过指针来调用函数。函数指针的基本定义形式如下：
其中：
return_type是函数返回类型的说明。
pointer_name是函数指针的名称。
parameter_list是函数参数列表，描述函数接收的参数类型。
示例定义:
这定义了一个函数指针
example，它指向一个接受一个 int 和一个 double 参数，并且返回 void 的函数。使用示例:
假设我们有一个函数
myFunc 定义如下：我们可以这样定义和使用函数指针：
在你的原始代码中：
这里的
void (*vf)(int) 定义了一个函数指针 vf，它指向一个接受一个 int 参数且返回 void 的函数。接下来 (void (*)(int))fld 是将 fld 强制转换为上述定义的函数指针类型，然后将这个结果赋给了 vf。为了这段代码能正常工作，
fld 必须是指向一个具有相同签名（即 void (*)(int)）的函数的地址。如果 fld 是一个函数名，那么它默认就是该函数的地址，可以直接使用，无需取地址符 &在C++中，绑定（Binding） 是指在程序运行中将函数调用与函数实现关联的过程。根据绑定的时机，绑定分为静态绑定（Static Binding）和动态绑定（Dynamic Binding）。这两者的区别在于函数调用的解析是发生在编译时还是运行时，它们在实现面向对象多态性时起着非常重要的作用。
1. 静态绑定（Static Binding）
- 静态绑定也被称为早绑定（Early Binding）。
- 在编译时就确定了函数调用的具体实现，也就是说编译器在编译阶段就已经决定了程序中所调用的函数。
- 这通常发生在以下场景：
- 普通成员函数（非虚函数）的调用。
- 使用对象名直接调用成员函数时。
- 使用静态类型的指针或引用来调用函数时（没有涉及到虚函数）。
例如：
在上面的例子中，
obj.func() 的调用在编译时已经确定了是 Base 类中的 func()，因此称为静态绑定。2. 动态绑定（Dynamic Binding）
- 动态绑定也被称为晚绑定（Late Binding）或运行时绑定（Run-time Binding）。
- 在运行时决定具体调用哪个函数。这通常用于实现多态性。
- 动态绑定通过虚函数（virtual function）实现，涉及到基类指针或引用的调用时，动态绑定确保调用的是最具体派生类中的实现。
- 虚函数表（vtable）和虚指针（vptr）通常用于实现动态绑定。
例如：
在这个例子中，
Base* ptr = new Derived(); 使得 ptr 指向了一个 Derived 类型的对象。调用 ptr->func() 时，由于 func() 是一个虚函数，所以编译器在编译时无法确定具体调用哪个实现。在运行时，通过虚函数表找到 Derived 类的 func()，所以这里的调用会输出 "Derived::func()"。这就是动态绑定。区别总结
特性 | 静态绑定（Static Binding） | 动态绑定（Dynamic Binding） |
别名 | 早绑定（Early Binding） | 晚绑定（Late Binding） |
绑定时机 | 编译时确定 | 运行时确定 |
实现机制 | 普通成员函数、非虚函数 | 虚函数 |
典型场景 | 对象直接调用普通成员函数 | 基类指针/引用调用派生类中的虚函数 |
使用的关键字 | 无需使用任何特殊关键字 | 使用 virtual 关键字定义虚函数 |
多态性支持 | 不支持多态性 | 支持多态性（允许不同类的派生类有不同实现） |
静态绑定和动态绑定的使用场景
- 静态绑定用于程序中的绝大多数场景。它效率较高，因为在编译时已经确定了具体的函数调用，因此在运行时无需通过虚函数表查找，直接调用。
- 动态绑定用于实现多态性，是面向对象编程中非常重要的特性。它允许基类指针或引用在运行时调用派生类的函数，从而实现动态行为变化。
动态绑定的实现机制
在 C++ 中，动态绑定通常是通过虚函数表（vtable）和虚指针（vptr）来实现的：
- 虚函数表（vtable）：每个包含虚函数的类有一个虚函数表，表中存储了指向该类所有虚函数的函数指针。
- 虚指针（vptr）：每个对象包含一个虚指针，指向它所属类的虚函数表。
- 当调用虚函数时，程序会通过对象的
vptr 访问相应的 vtable，并通过该表查找实际要调用的函数。例如：
- 在这个例子中，
Base和Derived类各自都有虚函数表（vtable）。
- 当
Derived类对象通过基类指针调用func1()或func2()时，虚指针vptr会指向Derived类的虚函数表，最终确保调用到的是Derived类的实现。
总结
- 静态绑定在编译时确定函数调用，适用于普通成员函数。
- 动态绑定通过虚函数表实现，在运行时确定函数调用，支持多态性。
- 动态绑定是实现面向对象编程中多态的重要机制，允许程序在运行时根据对象的实际类型来选择正确的函数实现。
