【C++】多态

一、多态的概念及定义

多态：

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。

构成多态有两个条件：

1️⃣ 必须是虚函数的重写。
2️⃣ 必须通过父类的指针或者引用调用虚函数

隐藏/重定义的条件：函数名相同
重写/覆盖的条件：函数名、返回值、参数都相同且是虚函数

1.1 虚函数

虚函数：即被virtual修饰的类成员函数称为虚函数

class A
{
public:// 虚函数virtual void Print(){cout << "A" << endl;}
};class B : public A
{
public:// 虚函数的重写/覆盖virtual void Print(){cout << "B" << endl;}
};int main()
{A a;B b;A* pa = &a;A* pb = &b;pa->Print();pb->Print();return 0;
}

结果：

A
B

结论：
普通调用跟的调用的对象的类型有关
多态调用跟指针/引用指向的对象有关

1.2 虚函数重写的特殊情况

1️⃣ 子类的虚函数可以不加virtual

因为子类对象会对父类继承下来的虚函数进行重写。

1️⃣ 协变

返回值可以不同，但必须是父子类关系的指针或引用，父亲就用父类对象，子类就用子类对象。

3️⃣ 析构函数

class A
{
public:~A(){cout << "~A() " << _a << endl;delete []_a;}int* _a = new int[20];
};class B : public A
{
public:~B(){cout << "~B() " << _b << endl;delete[]_b;}int* _b = new int[20];
};int main()
{A* a = new A;A* b = new B;delete a;delete b;return 0;
}

结果：

~A() 015E8820
~A() 015E9738

可以看到发生了内存泄漏delete有两个操作：1、使用指针调用析构函数。2、operator delete()
而因为析构函数没有用virtual所以是普通调用，只与类型有关，全部调用的是A的析构函数。

所以建议析构函数也加上virtual。

1.3 override 和 final

final关键字在父类修饰虚函数，表示该虚函数不能再被重写

class A
{
public:// 虚函数virtual void Print() final{cout << "A" << endl;}
};class B : public A
{
public:// 不能被重写virtual void Print(){cout << "B" << endl;}
};

override在子类修饰虚函数，检查子类是否重写，如果没有重写则编译报错

class A
{
public:// 虚函数virtual void Print(){cout << "A" << endl;}
};class B : public A
{
public:// 检查是否被重写virtual void Print() override{cout << "B" << endl;}
};

二、抽象类

2.1 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 A
{
public:// 纯虚函数virtual void Print() = 0;
};class B : public A
{
public:virtual void Print(){cout << "B" << endl;}
};int main()
{A a; // yesB b; // noreturn 0;
}

2.2 用处

当不能定义出具体的类的时候就可以用抽象类，比如说车的品牌，酒的不同种类。
或者当想要强制重写虚函数的时候也可以使用。

三、多态的原理

3.1 虚函数表

class A
{
public:virtual void Print() {}int _a;
};int main()
{A a;cout << sizeof(a) << endl;return 0;
}

结果：

8

出现这种结果的原因是因为有__vfptr虚表指针。虚表指针放的是虚函数的地址。

class A
{
public:virtual void Print1() {}virtual void Print2() {}void Print3() {}int _a;
};int main()
{A a;cout << sizeof(a) << endl;return 0;
}

结果依然不变，是8。
Print1和Print2会放进虚函数表中：

class A
{
public:virtual void Print1() {cout << "A::Print1()" << endl;}virtual void Print2(){cout << "A::Print2()" << endl;}void Print3(){cout << "A::Print3()" << endl;}int _a = 0;
};class B : public A
{
public:virtual void Print1(){cout << "B::Print1()" << endl;}int _b = 0;
};int main()
{A a;B b;return 0;
}

可以看出子类先拷贝了父类的虚表，完成重写的虚函数，虚表对应的位置覆盖成重写的虚函数。

3.1.1 虚函数与虚表的位置

注意

虚表存的是虚函数指针，不是虚函数，虚函数和普通函数一样的，都是存在代码段的，只是他的指针又存到了虚表中。另外对象中存的不是虚表，存的是虚表指针。而虚表存的位置也是代码段。

3.2 多态的原理

为什么能做到指向父类对象的指针调用的是父类函数，指向子类就调用子类函数。
原因是运行时会找虚函数表，虚函数表就是一个函数指针，来找到对应的虚函数，这种操作叫做动态绑定。

3.3 静态绑定和动态绑定

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
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。

四、单/多继承的虚函数表

4.1 单继承的虚函数表

class A
{
public:virtual void Print1() {cout << "A::Print1()" << endl;}virtual void Print2(){cout << "A::Print2()" << endl;}int _a = 0;
};class B : public A
{
public:virtual void Print1(){cout << "B::Print1()" << endl;}virtual void Print3(){cout << "B::Print3()" << endl;}void Print4(){cout << "B::Print4()" << endl;}int _b = 0;
};typedef void(*VfPtr)();void VfPrint(VfPtr vft[])// 打印虚表
{for (int i = 0; vft[i]; i++){printf("[%d]:%p->", i, vft[i]);vft[i]();}cout << endl;
}int main()
{A a;B b;VfPrint((VfPtr*)(*(int*)&a));VfPrint((VfPtr*)(*(int*)&b));return 0;
}

结果：

可以看出子类如果有自己的虚函数会放到虚表的最后。

4.2 多继承的虚函数表

class A
{
public:virtual void Print1() {cout << "A::Print1()" << endl;}virtual void Print2(){cout << "A::Print2()" << endl;}int _a = 0;
};class B : public A
{
public:virtual void Print1(){cout << "B::Print1()" << endl;}virtual void Print2(){cout << "B::Print2()" << endl;}int _b = 0;
};class C : public A, public B
{
public:virtual void Print1(){cout << "C::Print1()" << endl;}virtual void Print3(){cout << "C::Print3()" << endl;}int c = 0;
};typedef void(*VfPtr)();void VfPrint(VfPtr vft[])// 打印虚表
{for (int i = 0; vft[i]; i++){printf("[%d]:%p->", i, vft[i]);vft[i]();}cout << endl;
}int main()
{A a;B b;C c;VfPrint((VfPtr*)(*(int*)&a));VfPrint((VfPtr*)(*(int*)&b));// 第一张虚表VfPrint((VfPtr*)(*(int*)&c));// 第二张虚表VfPrint((VfPtr*)(*(int*)((char*)&c + sizeof(A))));return 0;
}

对象c有两张虚表(从a和b中继承下来的)。注意多继承不一定有多张虚表，因为有可能有的类没有虚函数。

可以看出多继承中子类虚函数会加到第一张虚表中。