ポリモーフィズムの仕組み

Question

ポリモーフィズムの実装で、原型クラスのポインタを使って、なぜ派生クラスを指し示すようになったのでしょうか？
class Girl;public Humanというのは物理的にどのように設定されているのでしょうか？
humanクラスから派生されたから、human classのポインターで派生クラスを示せるというのは概念的、機能的には理解できますが、それがどのようにプログラムされたのか気になりました。
派生というものが、どのように実装されたのかに触れて説明していただけると嬉しいです。
皆さま、よろしくお願いします。

お二方、仮想関数についてはよく理解できました、ありがとうございました！
しかしptr=&aliceについて疑問があります。
ptrはhumanクラスのポインターであって、ガールやボーイクラスのポインタではないですよね、ポインタはどのように、指すクラスが適切なのかを判断しているのでしょうか？
全く関係ない魚クラスを作って、humanクラスのポインタでは指すことはできませんよね。
度々申し訳ありません、よろしくお願いします。

コード
class Human{  // 基底クラス
public:
    virtual void speak(){ printf("I am human.\n"); } // 仮想関数
};

class Girl : public Human{
public:
    void speak(){ printf("I am girl.\n"); }
};

class Boy : public Human{
public:
    void speak(){ printf("I am boy.\n"); }
};

int main(void)
{
    Human *ptr;
    Girl  alice;
    Boy   bob;

    ptr=&alice; ptr->speak();
    ptr=&bob;   ptr->speak();

    return(0);
}

Answer 1

C++でvirtualを使うと、暗黙的なインスタンス変数としてジャンプテーブルが作られ、コンストラクタでそこにvirtualな関数のポインタが格納されます。

class Human{  // 基底クラス
public:
    virtual void speak(){ printf("I am human.\n"); } // 仮想関数
protected:
    void** jumpTable; // この中にspeak()関数のポインタが入ります。
};

GirlやBoyなどの派生クラスのコンストラクタは、このジャンプテーブルの内容を自分用に上書きします。

virtualな関数を呼び出そうとすると、このジャンプテーブル内の関数ポインタを使って動的に関数を呼び出すコードがコンパイラによって生成されます。

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ポインタはどのように、指すクラスが適切なのかを判断しているのでしょうか？

これは、「コンパイラはどのように、指すクラスが適切なのかを判断しているのでしょうか？」ということですよね？
単純に、クラスの継承関係を見て判断しています。

humanクラスから派生されたから、human classのポインターで派生クラスを示せるというのは概念的、機能的には理解できますが

継承関係があれば問題ないことは、理解しているということでいいんですよね？

Comments

[reotantan]

解説ありがとうございました。とても理解が進みました

Answer 2

すいません、取り急ぎリンクだけ。
ここが分かりやすかったです。

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【追記】
virtualをつけるとその関数へのポインタAが、クラスの隠しメンバ変数としてこっそり追加されます。
具体的には下記のようになります。

HumanクラスのポインタAには、void speak(){ printf("I am human.\n"); }へのポインタ
Girl クラスのポインタAには、void speak(){ printf("I am girl.\n"); } へのポインタ
Boy  クラスのポインタAには、void speak(){ printf("I am Boy.\n"); }  へのポインタ

そして、ptr=&alice;の時、ptrはGirlクラスのインスタンスを指しているため、
そのポインタAにはvoid speak(){ printf("I am girl.\n"); }へのポインタが入ってます。
従って、ptr->speak();を呼び出すと、void speak(){ printf("I am girl.\n"); }が呼ばれます。
bobの場合も同様なのです。

なお、仮想関数は複数存在できるので、隠し関数ポインタは配列として実装され、vtableと呼ばれています。

Comments

[reotantan]

解説ありがとうございました、vtableしっかりと勉強します。