C++多态

目录

多态的概念

多态的定义和实现

深入理解多态

 C++11 override 和 final

重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

 抽象类

多态的原理

动态绑定与静态绑定

单继承和多继承关系的虚函数表

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多态的概念

多态的概念：通俗来说，就是多种形态，具体点就是去完成某个行为，当不同的对象去完成时会
产生出不同的状态。

多态的定义和实现

多态的构成条件
多态是在不同继承关系的类对象，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对象买票半价。
那么在继承中要构成多态还有两个条件：
1. 必须通过基类的指针或者引用调用虚函数
2. 被调用的函数必须是虚函数，且派生类必须对基类的虚函数进行重写

虚函数
虚函数：即被virtual修饰的类成员函数称为虚函数

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

虚函数的重写
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)，称子类的虚函数重写了基类的虚函数。

class Person {
public:
	virtual void Buy() { cout << "买票-全价" << endl; }
};
class Student : public Person {
public:
	virtual void Buy() { cout << "买票-半价" << endl; }
	/*注意：在重写基类虚函数时，派生类的虚函数在不加virtual关键字时，虽然也可以构成重写(因
	为继承后基类的虚函数被继承下来了在派生类依旧保持虚函数属性),但是该种写法不是很规范，不建议
	这样使用*/
	/*void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }*/
};
void Func(Person& p)
{
	p.Buy();
}
int main()
{
	Person ps;
	Student st;
	Func(ps);
	Func(st);
	return 0;
}

虚函数重写的两个例外：
1. 协变(基类与派生类虚函数返回值类型不同)
派生类重写基类虚函数时，与基类虚函数返回值类型不同。即基类虚函数返回基类对象的指
针或者引用，派生类虚函数返回派生类对象的指针或者引用时，称为协变。

class A{};
class B : public A {};
class Person {
public:
virtual A* f() {return new A;}
};
class Student : public Person {
public:
virtual B* f() {return new B;}
};

 2. 析构函数的重写(基类与派生类析构函数的名字不同)
如果基类的析构函数为虚函数，此时派生类析构函数只要定义，无论是否加virtual关键字，
都与基类的析构函数构成重写，虽然基类与派生类析构函数名字不同。虽然函数名不相同，
看起来违背了重写的规则，其实不然，这里可以理解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。

class Person {
public:
	virtual ~Person() { cout << "~Person()" << endl; }
};
class Student : public Person {
public:
	virtual ~Student() { cout << "~Student()" << endl; }
};
// 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()
{
	Person* p1 = new Person;
	Person* p2 = new Student;
	delete p1;
	delete p2;
	return 0;
}

析构派生类p1 会自动调用基类的析构函数 

如果基类的析构没有加virtual那么就会对基类连续析构两次

深入理解多态

接下来的讲解就是关于下面这段代码 

class Person {
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
protected:
	int _a;
};
class Student : public Person {
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }
protected:
	int _b;
};
void Func(Person& p)
{
	p.BuyTicket();
}
int main()
{
	Person ps;
	Student st;
	Func(ps);
	Func(st);
	return 0;
}

 

从上面这张图可以看出来两个虚函数指针指向的地址是不同的。

总结：多态的本质原理，符合多态的两个条件，那么调用是就会到指向对象的虚表中找到对应的虚函数地址，进行调用。

接下来看一下多态调用和普通调用的区别：

 C++11 override 和 final

从上面可以看出，C++对函数重写的要求比较严格，但是有些情况下由于疏忽，可能会导致函数
名字母次序写反而无法构成重载，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和final两个关键字，可以帮
助用户检测是否重写。
1. final：修饰虚函数，表示该虚函数不能再被重写

2. 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。

class car
{
public:
virtual void Drive() final {}
};
class baoma :public car
{
public:
virtual void Drive() {cout << "baoma-舒适" << endl;}
};

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

注意：final关键字放在父类，override关键字放子类

重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

 抽象类

概念
在虚函数的后面写上 =0 ，则这个函数为纯虚函数。包含纯虚函数的类叫做抽象类（也叫接口类），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，只有重写纯虚函数，派生
类才能实例化出对象。纯虚函数规范了派生类必须重写，另外纯虚函数更体现出了接口继承。
 

class Person {
public:
	virtual void BuyTicket() = 0;
protected:
	int _a;
};
class Student : public Person {
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }
protected:
	int _b;
};

接口继承和实现继承
普通函数的继承是一种实现继承，派生类继承了基类函数，可以使用函数，继承的是函数的实现。虚函数的继承是一种接口继承，派生类继承的是基类虚函数的接口，目的是为了重写，达成多态，继承的是接口。所以如果不实现多态，不要把函数定义成虚函数。

多态的原理

虚函数表，下面这个sizeof(Base)是多少。

class Base
{
public:
virtual void Func1()
{
    cout << "Func1()" << endl;
}
private:
int _b = 1;
};

通过观察测试我们发现b对象是8bytes，除了_b成员，还多一个__vfptr放在对象的前面(注意有些
平台可能会放到对象的最后面，这个跟平台有关)，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，因为虚函数的地址要被放到虚函数表中，虚函数表也简称虚表。

动态绑定与静态绑定

1. 静态绑定又称为前期绑定(早绑定)，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
2. 动态绑定又称后期绑定(晚绑定)，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。

单继承和多继承关系的虚函数表

需要注意的是在单继承和多继承关系中，下面我们去关注的是派生类对象的虚表模型，因为基类
的虚表模型前面我们已经看过了。

单继承中的虚函数表

class Base {
public :
virtual void func1() { cout<<"Base::func1" <
virtual void func2() {cout<<"Base::func2" <
private :
int a;
};
class Derive :public Base {
public :
virtual void func1() {cout<<"Derive::func1" <
virtual void func3() {cout<<"Derive::func3" <
virtual void func4() {cout<<"Derive::func4" <
private :
int b;
};

他的派生类的只有一个虚函数表中存储了上面四个函数的指针。

多继承中的虚函数表
 

class Base1 {
public:
virtual void func1() {cout << "Base1::func1" << endl;}
virtual void func2() {cout << "Base1::func2" << endl;}
private:
int b1;
};
class Base2 {
public:
virtual void func1() {cout << "Base2::func1" << endl;}
virtual void func2() {cout << "Base2::func2" << endl;}
private:
int b2;
};
class Derive : public Base1, public Base2 {
public:
virtual void func1() {cout << "Derive::func1" << endl;}
virtual void func3() {cout << "Derive::func3" << endl;}
private:
int d1;
};

这个派生类有两个虚函数表，第一个虚函数表存储了指三个函数的针，第二个虚函数表存储了两个函数的指针。

多继承派生类的未重写的虚函数放在第一个继承基类部分的虚函数表中