多态解析：Java 与 C++ 的实现比较

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2023-09-30 08:12:15

作为面向对象编程 (OOP) 语言中的关键特性，多态性支持基类指针或引用指向派生类对象，并在访问时动态绑定方法。本篇文章将深入探讨 C++ 和 Java 这两种流行 OOP 语言中多态的实现机制。

多态在 Java 中的实现

在 Java 中，多态是通过 invokevirtual 指令实现的。该指令允许虚拟机在运行时确定要调用的实际方法，即使它是通过基类引用调用的。Java 使用方法表来存储对象的方法，其中包含指向实际方法的指针。

多态在 C++ 中的实现

另一方面，C++ 使用虚函数表 (vtable) 来实现多态。每个类都有一个 vtable，其中包含指向该类中所有虚方法的指针。当通过基类指针调用虚方法时，编译器会生成代码来查找 vtable 中的实际方法指针并进行调用。

相似之处

动态绑定： 两种语言都支持在运行时动态绑定方法，允许代码对不同的对象类型执行通用的操作。
基类指向派生类： 基类的指针或引用可以在两种语言中指向派生类对象。

差异

实现机制： Java 使用 invokevirtual 指令，而 C++ 使用虚函数表。
开销： Java 的实现被认为比 C++ 的实现开销小，因为不需要维护 vtable。
抽象类： Java 允许抽象类，其中包含纯虚方法（仅声明，没有实现），而 C++ 没有类似的概念。
多重继承： Java 不支持多重继承（一个类从多个类继承），而 C++ 支持（通过虚拟基类）。

示例代码

Java：

class Base {
    public void print() {
        System.out.println("Base");
    }
}

class Derived extends Base {
    @Override
    public void print() {
        System.out.println("Derived");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Base base = new Derived();
        base.print(); // 输出：Derived
    }
}

C++：

class Base {
public:
    virtual void print() {
        cout << "Base" << endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    virtual void print() override {
        cout << "Derived" << endl;
    }
};

int main() {
    Base* base = new Derived();
    base->print(); // 输出：Derived
}