C++ 函数的黑暗面：理解多态性和虚方法

多态性允许不同类型的对象表现出不同的行为。虚方法使用虚函数表在运行时解析具体实现，但可能导致开销、不可预测性和脆弱性。实践中，动态绑定可避免意外行为，例如测量对象执行时间时调用基类函数而不是派生类函数的情况。

C++ 函数的黑暗面：理解多态性和虚方法

多态性和虚方法是 C++ 中强大的概念，使代码更具灵活性、可伸缩性和易于维护。但它们也可能给代码带来混乱和意外问题。

多态性

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多态性是指代码对不同类型对象的行为不同。例如，对于 SHAPE 基类和 CIRCLE、SQUARE 等派生类：

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

class Circle : public Shape {
public:
  void Draw() const override { std::cout << "Drawing a circle\n"; }
};

class Square : public Shape {
public:
  void Draw() const override { std::cout << "Drawing a square\n"; }
};

函数 Draw() 在派生类中被覆盖（override），允许根据具体类型调用不同的实现。

虚方法

虚方法是具有 virtual 关键字的函数。编译器使用虚函数表 (VFT) 来存储函数的具体实现地址。当调用虚方法时，编译器将使用 VFT 来定位正确的实现。

问题

虚方法可能会出现以下问题：

间接调用开销：调用虚方法会产生间接调用开销，因为它需要查找 VFT。

不可预测性：编译器在运行时决定调用哪个虚函数实现，这可能会使调试和性能分析变得困难。

脆弱的基础类：如果在基类中修改虚函数，则可能破坏派生类中的行为。

实战案例

假设我们有一个代码测量对象执行时间的函数：

double MeasureExecutionTime(Shape *shape) {
  auto startTime = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  shape->Draw();
  auto endTime = std::chrono::high_resolution_clock::now();

  return std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(endTime - startTime).count();
}

如果我们使用此函数测量 Circle 和 Square 的执行时间，我们会惊讶地发现它们的执行时间相同，因为 MeasureExecutionTime() 会调用 Shape::Draw() 而不是 Circle::Draw() 和 Square::Draw()。

解决方案是使用动态绑定，即在运行时根据实际对象类型调用适当的函数：

double MeasureExecutionTime(Shape &shape) {
  return shape.Draw();  // 使用动态绑定
}

结论

多态性和虚方法是强大的 C++ 功能，但了解它们的细微差别和潜在陷阱非常重要。通过遵循良好实践，例如使用动态绑定来避免意外行为，您可以利用这些概念来创建更灵活和可维护的代码。

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