【C++】多态-EW帮帮网

本文是小编巩固自身而作，如有错误，欢迎指出！

之前我们简单介绍了c++面向对象的三大属性，今天我们就来介绍其中之一——多态。

一.多态是什么

多态(polymorphism)的概念：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)，这⾥我们重点讲运⾏时多态，编译时多态(静态多态)和运⾏时多态(动态多态)。编译时多态(静态多态)主要就是我们前⾯讲的函数重载和函数模板，他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，运⾏时归为动态。

或者简单来说，多态就是：
同⼀个继承关系的下的不同类对象，去调用同⼀函数，产⽣了不同的行为。

二.多态

2.1多态的构成条件

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Student继承了 Person。Person对象买票全价，Student对象优惠买票。

其中就有构成多态的必要条件

• 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。

2.1.1虚函数

虚函数是面向对象编程中实现运行时多态的关键机制，通过virtual关键字声明。当基类的指针或引用指向派生类对象时，虚函数确保调用的是实际对象的函数版本，而非指针或引用的静态类型所绑定的版本。

class person {
public:
	virtual void buyticket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};
class student : public person {
public:
	virtual void buyticket() { cout << "买票-打折" << endl; }
};
void func(person* ptr)
{
	// 这⾥可以看到虽然都是person指针ptr在调⽤buyticket 
	// 但是跟ptr没关系，⽽是由ptr指向的对象决定的。 
	ptr->buyticket();
}
int main()
{
	person ps;
	student st;
	func(&ps);
	func(&st);
	return 0;
}

就如上述代码所示，在不同的类中，在相同函数前加上visual，在调用时通过指针的区别就可以分辨出区别

2.1.2虚函数的重写与覆盖

虚函数的重写/覆盖：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。

上述代码其实就是虚函数的重写，那么其和重载之类的又有什么样的关系呢？

2.1.3虚函数经典例题

class A
 {
 public:
 virtual void func(int val = 1){ std::cout<<"A->"<< val <<std::endl;}
 virtual void test(){ func();}
 };
 
 class B : public A
 {
 public:
 void func(int val = 0){ std::cout<<"B->"<< val <<std::endl; }
 };
 
 int main(int argc ,char* argv[])
 {
 B*p = new B;
 p->test();
 return 0;
 }

上述代码的运行结果是什么？

答案是B->1

下面分析原因

首先，p调用的是父类的函数test（），然后test（）又调用了func（）而p又是B类的指针，所以调用的是B的func（），但是我们要了解一点，虚函数是什么原理？是通过不同类型的指针找到不同的实现，所以是相当于call了A的函数，其val自然就是A，而在实现时又转向B，因此是B->。

2.1.4纯虚函数

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。

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

2.1.5override和final关键字

在上述的学习中，我们了解了C++对重写的要求还是很严格的，但是由于其不会在编译阶段报错，导致不好排查错误源，因此C++11提供了override，可以帮助⽤户检测是否重写。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。

// error C3668: “Benz::Drive”: 包含重写说明符“override”的⽅法没有重写任何基类⽅法 
class Car {
public:
 virtual void Dirve()
 {}
};
class Benz :public Car {
public:
 virtual void Drive() override { cout << "Benz-舒适" << endl; }
};
int main()
{
 return 0;
}


// error C3248: “Car::Drive”: 声明为“final”的函数⽆法被“Benz::Drive”重写class Car
{
public:
 virtual void Drive() final {}
};
class Benz :public Car
{
public:
 virtual void Drive() { cout << "Benz-舒适" << endl; }
};
int main()
{
 return 0;
}

三.多态的原理

3.1虚函数表指针和虚函数表

要了解其中的原理，我们来思考一下下面代码的结果是什么

class Base
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		cout << "Func1()" << endl;
	}
protected:
	int _b = 1;
	char _ch = 'x';
};
int main()
{
	Base b;
	cout << sizeof(b) << endl;
	return 0;
}

有同学就好奇了，其根据之前学的对齐规则，应该结果是8？我们看看监视是什么情况。我们发现，其中多了一个东西_vfptr，这是什么呢？

对象中的这个指针我们叫做虚函数表指针(v代表virtual，f代表function)。⼀个含有虚函数的类中都⾄少都有⼀个虚函数表指针，因为⼀个类所有虚函数的地址要被放到这个类对象的虚函数表中，虚函数表也简称虚表。

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。

也就是说，所有的虚函数对应的实现都储存在一个名为虚函数表的东西中，通过指针类型的不同，来对应不同的实现。

本次的分享就到这里结束了，后续会继续更新，感谢阅读！

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