C++多态详解

什么是多态？

多态是指同一种行为对应不同的实现，即同名函数有不同的实现。多态是实现“一种接口（相同的函数名），多种方法（多种函数实现）”的技术。

在面向对象程序设计中，多态主要体现在：不同类的对象接收到同一个消息时会执行不同的动作（不同的实现）。

多态的本质是：同名函数在不同类中有不同的实现。即不同功能的函数在不同类中具有相同的函数名。

例如：

“开”是一个行为，“开门”、“开车”、“开会”会有不同的结果。

自然界中各种动物都有叫声，但不同动物的叫声却千差万别，如猫是喵喵叫，狗是汪汪 叫

各种品牌、不同型号的手机都有开关机的功能。向手机发送开机指令都会打开手机， 但不同的手机开机时执行的行为却各不相同，初始化的硬件、启动的程序都会有差异。

这些就是生活中多态的体现

下面看一个例子

#include 
using namespace std;
class A
{
public:
	void display()
	{
		cout << "输出基类函数" << endl;
	}
};
class B :public A
{
public:
	void display()
	{
		cout << "输出派生类函数" << endl;
	}
};
int main()
{
	A* p = new A();
	p->display();
	p = new B();
	p->display();
}

输出结果：

输出基类函数
 
输出基类函数

从这个结果可以看出来，我们定义一个基类指针，先指向了基类，然后调用了基类的display函数，之后我们又将这个基类指针指向了派生类，调用派生类的display函数，但是我们看输出结果可以发现并没有调用派生类的display函数

这是由于静态联编，静态联编后面会说。这里p的类型是A，所以调用的一直是A也就是基类的函数，我们想要调用派生类的函数该怎么办呢？这里就要用到虚函数了

虚函数

为了让基类指针能够访问派生类的成员函数，C++增加了虚函数（在函数声明前增加 virtual 关键字）。

下面把上面的代码用虚函数修改一下

#include 
using namespace std;
class A
{
public:
	int a = 10;
public:
	virtual void display()
	{
		cout << "输出基类函数" << endl;
	}
};
class B :public A
{
public:
	void display()
	{
		cout << "输出派生类函数" << endl;
		a += 10;
	}
};
int main()
{
	A* p = new A();
	p->display();
	p = new B();
	p->display();
}

输出结果

输出基类函数
 
输出派生类函数

在基类的display函数前面加上virtual关键字，将成员函数声明为虚函数，这样就可以通过p指针调用派生类的函数了

结论：

有了虚函数，基类指针指向基类对象时就使用基类的成员（包括成员函数和成员变量）， 指向派生类对象时就使用派生类的成员。换句话说，基类指针可以按基类的方式来做事， 也可以按派生类的方式来做事，有多种形态，或者说有多种表现方式，这种现象称为多 态。

上面代码中：同样是p->display();语句，当p指向不同的对象时，它执行的操作是不同 的。同一条语句可以执行不同的操作，有不同表现方式，这就是多态。

多态的应用

下面看一个例子

#include 
using namespace std;
class Phone
{
public:
	virtual void display()
	{
		cout << "这里是电话类！" << endl;
	}
};
class Apple:public Phone
{
public:
	void display()
	{
		cout << "这里是苹果手机！" << endl;
	}
};
class Vivo :public Phone
{
	void display()
	{
		cout << "这里是vivo手机！"<
	}
};
class Oppo :public Phone
{
	void display()
	{
		cout << "这里是oppo手机！" << endl;
	}
};
class Mi :public Phone
{
	void display()
	{
		cout << "这里是小米手机！" << endl;
	}
};
int main()
{
	Phone* p = new Phone();
	p->display();
	p = new Apple();
	p->display();
	p = new Vivo();
	p->display();
	p = new Oppo();
	p->display();
	p = new Mi();
	p->display();
}

输出结果

这里是电话类！
 
这里是苹果手机！
 
这里是vivo手机！
 
这里是oppo手机！
 
这里是小米手机！

这里我们利用虚函数访问了这几种派生类函数，这个例子中的派生类比较多，如果不使 用多态，那么就需要定义多个指针变量，很容易造成混乱；而有了多态，只需要一个指 针变量p就可以调用所有派生类的虚函数。

结论：

多态在小项目中鲜有用武之地，对于具有复杂继承关系的大中型程序，多态可以增加灵 活性，让代码更具有表现力。

多态的目的：接口重用

多态存在的目的是：

为了实现接口重用，即无论给基类对象指针传递来的是基类还是派生类的对象，都能够通过同一个接口（函数）调用到适应各自对象的实现方法。即可以通过基类对象指针对所有派生类（包括直接派生和间接派生）的成员变量和成员函数进行“全方位”的访问，尤其是成员函数。

多态的种类

C++中多态按实现的时机分为两种：

编译时多态：又称静态联编，程序在编译时就可确定（函数的）调用地址。通过重载机 制实现（包括函数重载和运算符重载）。

函数重载：就是函数名相同但参数的类型和个数不同，功能相近的多个函数。不同函数 的调用地址在编译时即可确定。

运算符重载：（其本质是函数重载）就是对已有的运算符赋予多重含义，一个运算符作 用于不同类型的数据就会导致不同的行为。

运行时多态：又称为动态联编，必须在运行中才能确定函数的调用地址。通过继承和虚 函数实现，在基类与派生类中存在同名函数并且函数原型相同，这时可声明（基类中函 数）为虚函数（派生类中同名函数自动成为虚函数），在编译时无法确定调用哪个函数， 只有在程序运行时，才能确定调用基类还是派生类的同名函数。

总结：

不同类的对象接收到同一个消息时会产生不同的动作就是多态。

不同类中对同名函数的不同实现，体现了多态的特征。

继承结构和虚函数是实现多态的基础

虚函数的唯一用处就是构成多态

说明：

前面介绍过，通过对象指针调用普通成员函数时，会根据指针的类型（哪个类的对象指针）来判断调用哪个类的成员函数，但它并不适用于虚函数，虚函数是根据对象指针的指向类型来调用的，对象指针指向哪个类的对象就调用哪个类的虚函数。