C++ 虛擬函數深入剖析：類型擦除與多態實現

C 虛擬函數實現多態，透過類型擦除將物件類型資訊分離，使編譯器僅識別公用介面。虛擬指標表儲存虛擬函數位址，當基底類別指標指向衍生類別物件時，指向派生類別虛指標表的衍生類別指標將替代基底類別指標指向的虛指標表，從而實現多態。

C 虛擬函數深入剖析：類型擦除與多態實作

在物件導向程式設計（OOP）中，多態是至關重要的一個思想，它允許我們使用一組公共介面來操作不同類別的物件。 C 語言透過虛擬函數實現了多態，它將類型資訊從物件中分離，使我們能夠以通用的方式處理不同的物件類型。

類型擦除

當編譯器遇到一個虛擬函數時，它會對其進行類型擦除，這意味著它會刪除物件的類型信息。因此，當一個基底類別指標指向一個派生類別物件時，編譯器不再知道該物件的確切類型。相反，它只知道物件的公共接口，即基類接口。

多態實作

C 的虛擬函數是透過一種稱為虛指標的方法表實現的。每個類別都有一個虛擬指標表（VTABLE），其中列出了該類別所有虛擬函數的位址。當一個基底類別指標指向一個衍生類別物件時，編譯器將使用指向衍生類別 VTABLE 的衍生類別指標來取代基底類別指標指向的原始虛擬指標表。

實戰案例

下面是一個C 虛擬函數的範例，它展示了類型擦除和多態在實踐中的應用：

#include <iostream>

class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0; // 纯虚函数
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        std::cout << "Drawing a rectangle" << std::endl;
    }
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        std::cout << "Drawing a circle" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Shape* shapes[] = {new Rectangle(), new Circle()}; // 类型擦除: 数组中包含不同类型的 Shape 对象

    for (Shape* shape : shapes) {
        shape->draw(); // 多态: 无论对象的实际类型如何，都会调用正确的 draw() 方法
    }

    return 0;
}

在此範例中，我們定義了一個Shape 基底類別和兩個衍生類別Rectangle 和Circle。 Shape 基底類別包含一個純虛函數 draw()，而衍生類別實作了該函數。在 main() 函數中，我們建立一個 Shape 指標數組，指向 Rectangle 和 Circle 物件。由於draw() 函數是虛擬函數，因此當我們透過基底類別指標呼叫draw() 時，它將呼叫衍生類別的draw() 方法，從而實現了多態。

透過了解虛擬函數的類型擦除和多型實作原理，我們可以更深入地理解 OOP 的核心機制。這使我們能夠設計靈活且可擴展的程序，可以處理各種不同的物件類型。

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