C++中多态分为编译时和运行时两种:编译时多态通过函数重载和模板在编译期确定调用版本,效率高但可能导致代码膨胀;运行时多态通过虚函数和继承在运行期动态绑定,灵活性强但有性能开销。

在C++中,多态性是指同一个接口可以表现出不同的行为。根据多态发生的时间不同,C++中的多态分为编译时多态和运行时多态。这两种多态机制在实现方式、性能和使用场景上各有特点。
编译时多态(静态多态)
编译时多态是指在程序编译阶段就确定了函数调用的具体实现,不需要等到程序运行时才决定。这种多态主要通过函数重载和模板(泛型编程)来实现。
1. 函数重载
同一作用域内可以有多个同名函数,但参数列表必须不同(参数个数、类型或顺序不同)。编译器根据调用时传入的实参类型选择匹配的函数版本。
示例:
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void print(int x) {
cout << "整数: " << x << endl;
}
void print(double x) {
cout << "浮点数: " << x << endl;
}
print(5); // 调用 print(int)
print(3.14); // 调用 print(double)
2. 模板(函数模板与类模板)
模板允许编写与类型无关的通用代码。编译器会为每种实际使用的类型生成对应的函数或类实例。
示例:
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templateT max(T a, T b) { return a > b ? a : b; } max(3, 5); // 编译器生成 int 版本 max(2.7, 3.9); // 编译器生成 double 版本
编译时多态的优点是效率高,因为没有虚函数表查找开销;缺点是代码膨胀,每个模板实例都会生成一份独立代码。
运行时多态(动态多态)
运行时多态是指函数调用的绑定发生在程序运行期间,通常通过继承和虚函数(virtual function)机制实现。它允许基类指针或引用指向派生类对象,并调用被重写的成员函数。
实现方式:虚函数 + 继承
- 基类中声明某个函数为 virtual。
- 派生类中重写(override)该函数。
- 使用基类指针或引用调用该函数时,实际执行的是派生类的版本。
示例:
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class Shape {
public:
virtual void draw() {
cout << "绘制图形" << endl;
}
};
class Circle : public Shape {
public:
void draw() override {
cout << "绘制圆形" << endl;
}
};
class Rectangle : public Shape {
public:
void draw() override {
cout << "绘制矩形" << endl;
}
};
Shape s1 = new Circle();
Shape s2 = new Rectangle();
s1->draw(); // 输出:绘制圆形
s2->draw(); // 输出:绘制矩形
运行时多态依赖虚函数表(vtable)机制,每个含有虚函数的类都有一个虚表,对象包含指向该表的指针(vptr)。调用虚函数时,通过查表找到实际应调用的函数地址。
优点是灵活性高,支持接口统一和扩展;缺点是存在轻微性能开销(间接跳转),且仅适用于指针和引用。
两种多态对比总结
- 发生时机:编译时多态在编译期确定调用函数,运行时多态在运行期确定。
- 实现机制:前者靠函数重载和模板,后者靠虚函数和继承。
- 性能:编译时多态更快,无额外开销;运行时多态有虚函数调用开销。
- 适用场景:模板适合通用算法(如STL),虚函数适合面向对象设计中的接口抽象。
基本上就这些。理解这两类多态有助于写出更高效、更灵活的C++代码。











