C++ -- 多态

1. 概念

多态即是多种形态，不同的对象去完成同一件事会产生不同的状态。

2. 多态的定义及实现

虚函数和基类对象指针或引用

2.1 多态的构成条件

多态的形成需要满足两点：

• 被调用的函数必须是虚函数，且派生类要对基类的虚函数进行重写
• 参数必须是基类的引用或指针

2.2 虚函数

用virtual修饰的函数就是虚函数

2.3 虚函数的重写

在派生类中有一个和基类完全相同的虚函数（函数名、返回类型、参数列表），此时就满足虚函数重写，称子类的虚函数重写了基类的虚函数。

class BaseClass
{
public:
// 条件1
// virtual修饰virtual void Print(){cout << "BaseClass" << endl;}
protected:int _a;
};class DerivedClass : public BaseClass
{
public:virtual void Print(){cout << "DerivedClass" << endl;}
private:int _a;
};// 条件2
void func(BaseClass& r)// 父类的指针或引用
{r.Print();
}int main()
{BaseClass b;DerivedClass d;func(b);func(d);return 0;
}

2.4 override和final

final：修饰的虚函数会让其无法被重写。

override：检查派生类虚函数是否重写了基类某个虚函数，如果没有重写编译报错。

2.5 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

重载：

• 在同一作用域内
• 函数名相同、参数不同

重写（覆盖）：

• 分别在基类和派生类中
• 必须是虚函数
• 派生类虚函数和基类虚函数完全相同

隐藏（重定义）：

• 分别在基类和派生类中
• 不满足重写就是隐藏

3. 抽象类

在虚函数后面加上=0就成为纯虚函数，包括纯虚函数的类就叫抽象类。抽象类不能实例化出对象，派生类继承后也不能实例化出对象除非进行重写。

class BaseClass
{
public:virtual void Print() = 0{}
};class DerivedClass : public BaseClass
{
public:virtual void Print() override{cout << "DerivedClass" << endl;}
};

4. 原理

4.1虚函数表

除了已有成员，还存在_vfptr，对象中的这个指针成为虚函数表指针。存在虚函数的对象中虚函数表里至少存在一个指针，用于存放虚函数的地址。这个表也称为虚表。

4.2多态的原理

class BaseClass
{
public:virtual void func1(){cout << "BaseClass--func1" << endl;}virtual void func2(){cout << "BaseClass--func2" << endl;}void func3(){cout << "BaseClass--func3" << endl;}
};class DerivedClass : public BaseClass
{
public:virtual void func1(){cout << "DerivedClass--func1" << endl;}
};void func(BaseClass& r)
{r.func1();r.func2();
}int main()
{BaseClass b;DerivedClass d;func(b);func(d);return 0;
}

前两个输出结果是基类，后两个是派生类。
为什么func1的结果不一样而func2的结果一样？
下面进行解释：

• 派生类继承基类时，派生类会将基类的虚表复制一份作为自己的虚表。如果派生类重写了基类中的函数，则会将自身虚表里对应的指针改为指向自己的函数。因此解释了为什么func1的地址不一样。
• 对于没有重写的函数，则基类虚表和派生类虚表指向同一处。
• 非虚函数不会存在虚表里
• 虚表本质上是一个存放虚函数指针的指针数组

4.3 动态绑定与静态绑定

静态绑定：
在程序编译期间确定了程序的行为，也称为静态多态，比如：函数重载

动态绑定：
是在程序运行期间，根据具体拿到的类型确定程序的具体行为，调用具体的函数，也称为动态多态。

对于多态来说，在调用时程序会在对象的虚表中寻找，以此实现了多态。