面试题：C++ 中虚函数如何实现多态性

虚函数对多态性的支持原理

在 C++ 中，虚函数通过动态绑定（dynamic binding）来支持多态性。当一个基类指针或引用指向一个派生类对象时，通过该指针或引用调用虚函数，实际调用的是派生类中重写的虚函数版本，而不是基类中的版本。这一机制是基于运行时确定对象的实际类型，而不是编译时指针或引用的静态类型。

C++ 实现动态绑定的关键在于虚函数表（vtable）和虚函数表指针（vptr）。每个包含虚函数的类都有一个虚函数表，其中存储了该类所有虚函数的地址。每个对象都有一个虚函数表指针，指向其所属类的虚函数表。当通过基类指针或引用调用虚函数时，程序会根据对象的 vptr 找到对应的 vtable，然后从 vtable 中获取实际要调用的虚函数地址，从而实现对正确虚函数版本的调用。

代码示例

#include <iostream>

class Animal {
public:
    // 虚函数
    virtual void speak() {
        std::cout << "Animal speaks" << std::endl;
    }
};

class Dog : public Animal {
public:
    // 重写虚函数
    void speak() override {
        std::cout << "Dog barks" << std::endl;
    }
};

class Cat : public Animal {
public:
    // 重写虚函数
    void speak() override {
        std::cout << "Cat meows" << std::endl;
    }
};

void makeSound(Animal& animal) {
    animal.speak();
}

int main() {
    Animal animal;
    Dog dog;
    Cat cat;

    makeSound(animal); // 输出 "Animal speaks"
    makeSound(dog);    // 输出 "Dog barks"
    makeSound(cat);    // 输出 "Cat meows"

    return 0;
}

代码说明

虚函数：在 Animal 类中，speak 函数被声明为 virtual，这使其成为虚函数。
继承：Dog 和 Cat 类继承自 Animal 类，它们都重写了 Animal 类中的 speak 虚函数。
多态性：makeSound 函数接受一个 Animal 类的引用作为参数。在 main 函数中，通过 makeSound 函数分别传入 Animal、Dog 和 Cat 对象，尽管函数参数类型为 Animal，但实际调用的是每个对象对应的 speak 函数版本，展示了多态性。这是因为 speak 函数是虚函数，通过动态绑定实现了运行时多态。

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面试题：C++ 中虚函数如何实现多态性

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