C++的多态

jinchanchan

1.多态的概念
多态，通俗来说，就是多种形态

多态分为编译时多态(静态多态)和运⾏时多 态(动态多态)

静态多态主要是函数重载和函数模板，它们传不同类型的参数就可以调⽤不同的函数，通过参数不同达到多种形态，之所以叫编译时多态，是因为他们实参传给形参的参数匹配是在 编译时完成的，我们把编译时⼀般归为静态，而运⾏时归为动态

动态多态主要是指：传不同的对象就会完成不同的⾏为，达到多种形态，比如一个动物叫声的行为（函数），传一个猫对象过去就是”喵喵“，传一个蛇对象过去就是”嘶嘶“，传一个狗对象过去就是”旺旺“

2.多态的定义及其实现
2.1构成多态的条件
多态是⼀个继承关系的下的类对象，去调⽤同⼀函数，产⽣了不同的⾏为

比如学生买火车票，是学生票，普通人买票就是普通票

条件：

必须是基类的指针或者引⽤调⽤虚函数
被调⽤的函数必须是虚函数，并且完成了虚函数重写/覆盖

C++的多态

2.2虚函数
类成员函数前⾯加virtual修饰，那么这个成员函数被称为虚函数

注意：⾮成员函数不能加virtual修饰

class Person
{
public:
    virtual void BuyTicket() {
        cout << "买票全价" << endl;
    }
};

2.3虚函数的重写/覆盖
虚函数的重写：派⽣类中有⼀个跟基类完全相同的虚函数(即派⽣类虚函数与基类虚函数的返回值类型、函数名字、参数列表完全相同)，称派⽣类的虚函数重写了基类的虚函数

虚函数的覆盖：在重写条件的基础上，只是派生类的参数列表没有与基类保持一致，构成覆盖

class Person
{
public:
        virtual void BuyTicket() {
                cout << "买票全价" << endl;
        }
};
class Student :public Person
{
public:
        virtual void BuyTicket()
        {
                cout << "买票半价" << endl;
        }
};
 
void Func(Person& people)
{
        people.BuyTicket();
}
void test()
{
        Person Mike;
        Func(Mike);
 
        Student John;
        Func(John);
}

3.虚函数重写的其他问题
析构函数的重写
基类的析构函数为虚函数，写代码时，⽆论是否加virtual关键字，都与基类的析 构函数构成重写

因为：编译器对析构函数的名称做了特殊处理，编译后析构函数的名称统⼀处理成destructor，所以基类的析构函数加了 vialtual修饰，派⽣类的析构函数就构成重写

用一个列子演示：

下⾯的代码我们可以看到，如果~A()，不加virtual，那么deletep2时只调⽤的A的析构函数，没有调⽤ B的析构函数，就会导致内存泄漏问题，因为~B()中在释放资源

class A
{
public:
    virtual ~A()
    {
        cout << "~A()" << endl;
    }
};
class B : public A {
public:
    ~B()
    {
        cout << "~B()->delete:" << _p << endl;
        delete _p;
    }
protected:
    int* _p = new int[10];
}; 

只有派⽣类 Student 的析构函数重写了 Person 的析构函数，下⾯的 delete 对象调⽤析构函数，才能 构成多态，才能保证 p1 和 p2 指向的对象正确的调⽤析构函数

int main()
{
    A* p1 = new A;
    A* p2 = new B;

    delete p1;
    delete p2;
    return 0;
} 

4.override 和final关键字
C++对虚函数重写的要求⽐较严格，但是有些情况下由于疏忽，⽐如函数名写错参数 写错等导致⽆法构成重写，⽽这种错误在编译期间是不会报出的，只有在程序运⾏时没有得到预期结 果才来debug会得不偿失

因此C++11提供了override，可以帮助⽤⼾检测是否重写
如果我们不想让 派⽣类重写这个虚函数，那么可以⽤final去修饰
比如下面这个例子：

class Car {
public:
    virtual void Dirve() 
    {}
};
class Benz :public Car {
public:
    virtual void Drive() override {
        cout << "Benz舒适" << endl; 
    }
};

上面这段代码会报错，因为函数名不一致

再看：

class Car
{
public:
    virtual void Drive() final {}
};
class Benz :public Car
{
public:
    virtual void Drive()
    {
        cout << "Benz舒适" << endl;
    }
};

这段代码也会报错，因为基类的函数被 final 修饰，不能被重写

5.重载/重写/隐藏 的区别
重载：

两个函数在同一个作用域
函数名相同，参数不同，或参数类型不同或个数不同，返回值可同
重写/覆盖：

两个函数分别在继承体系的父类和子类不同的作用域
函数名、参数，返回值都必须相同，协变例外
两个函数都必须是虚函数
隐藏：

两个函数分别在在继承体系的父类和子类不同的作用域
函数名相同
两个函数只要不构成重写，就是隐藏
父子类的成员变量相同也叫隐藏
6.纯虚函数和抽象类
在虚函数的后⾯写上=0，则这个函数为纯虚函数，纯虚函数不需要定义实现(实现没啥意义因为要被 派⽣类重写，但是语法上可以实现)，只要声明即可。包含纯虚函数的类叫做抽象类，抽象类不能实例化出对象，如果派⽣类继承后不重写纯虚函数，那么派⽣类也是抽象类。纯虚函数某种程度上强制了 派⽣类重写虚函数，因为不重写实例化不出对象

来看下面的例子：

class Car
{
public:
    virtual void Drive() = 0;
};
class Benz :public Car
{
public:
    virtual void Drive()
    {
        cout << "Benz舒适" << endl;
    }
};

class BMW :public Car
{
public:
    virtual void Drive()
    {
        cout << "BMW操控" << endl;
    }
};
int main()
{
    // 编译报错：error C2259 : “Car”:⽆法实例化抽象类

    Car car;
    Car* pBenz = new Benz;
    pBenz->Drive();
    Car* pBMW = new BMW;
    pBMW->Drive();
    return 0;
}

7.多态的原理（简述）
多态如何实现？

满⾜多态条件后，底层不再是编译时通过调⽤对象确定函数的地址，⽽是运⾏时到指向的对象的虚表中确定对应的虚函数的地址，这样就实现了指针或引⽤指向基类就调⽤基类的虚函数，指向派⽣类就调⽤派⽣类对应的虚函数

7.1虚函数表
基类对象的虚函数表中存放基类所有虚函数的地址。同类型的对象共⽤同⼀张虚表，不同类型的对象各⾃有独⽴的虚表，所以基类和派⽣类有各⾃独⽴的虚表
派⽣类由两部分构成，继承下来的基类和⾃⼰的成员，⼀般情况下，继承下来的基类中有虚函数表指针，⾃⼰就不会再⽣成虚函数表指针。但是要注意的这⾥继承下来的基类部分虚函数表指针和基类对象的虚函数表指针不是同⼀个，就像基类对象的成员和派⽣类对象中的基类对象成员也独⽴的
派⽣类中重写的基类的虚函数，派⽣类的虚函数表中对应的虚函数就会被覆盖成派⽣类重写的虚函数地址
派⽣类的虚函数表中包含，(1)基类的虚函数地址，(2)派⽣类重写的虚函数地址完成覆盖，派⽣类⾃⼰的虚函数地址三个部分
虚函数表本质是⼀个存虚函数指针的指针数组，⼀般情况这个数组最后⾯放了⼀个0x00000000标记
虚函数存在哪的？虚函数和普通函数⼀样的，编译好后是⼀段指令，都是存在代码段的，只是虚函数的地址⼜存到了虚表中.