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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。
多态的定义及实现
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
接下来让我们看看多态是怎么样的：
#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
// 虚函数
virtual void BuyTicket() { cout << "Person--买票-全价" << endl; }
};
// 虚函数的重写/覆盖
// 三同：函数名、参数、返回值
// 1、子类虚函数可以不加virtual （建议：父类子类虚函数都加上）
// 2、协变：三同中，返回值可以不同，但是要求返回值必须是一个父子类关系的指针或者引用
class Student : public Person
{
public:
virtual void BuyTicket() { cout << "Student--买票-半价" << endl; }
};
class Soldier: public Person
{
public:
virtual void BuyTicket() { cout << "Soldier--买票-优先" << endl; }
};
// 多态的条件：
// 1、虚函数重写
// 2、父类的指针或者引用去调用虚函数
void Func1(Person* pp)
{
pp->BuyTicket();
}
void Func2(Person& p)
{
p.BuyTicket();
}
int main()
{
Person pn;
Student st;
Soldier sd;
Func1(&pn);
Func1(&st);
Func1(&sd);
Func2(pn);
Func2(st);
Func2(sd);
// 普通调用：跟调用对象类型有关
// 多态调用：指针/引用--指向的对象有关
return 0;
}
虚函数
通过多态的条件我们知道多态调用的函数必须是虚函数。
虚函数：即被virtual修饰的类成员函数称为虚函数。（这里的virtual和虚继承中的virtual只是用的同一个关键字，并没有联系）
class Person {
public:
virtual void BuyTicket() { 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。
相比而言，重写的条件比隐藏更加苛刻。
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
虚函数重写的两个例外
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;}
};注意：返回的指针或者引用类型只要是基类和派生类关系就行。
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;
}
delete是通过指针调用虚函数的，所以可以实现多态，如果是普通调用虚函数，也不能实现多态。
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。
// 如何实现一个不能被继承的类
// 1、构造私有 C++98
// 2、类定义时 加final C++11
class A final
class A final
{
private:
A()
{}
};同时，构造私有可以使得这个类的对象只能被new创建（即只能建立在堆上）。
如果是析构私有也可以实现类对象只能被new创建。
1. final：修饰虚函数，表示该虚函数不能再被重写
class Car
{
public:
virtual void Drive() final {}
};
class Benz :public Car
{
public:
virtual void Drive() {cout << "Benz-舒适" << endl;}
};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(){}
};
class Benz :public Car {
public:
virtual void Drive() override {cout << "Benz-舒适" << endl;}
};重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比
抽象类
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 Car
{
public:
virtual void Drive(int k = 1) = 0;
int a;
};
class Benz :public Car
{
public:
virtual void Drive(int k = 2)
{
cout << k << endl;
cout << "Benz-舒适" << endl;
}
};
class BMW :public Car
{
public:
virtual void Drive(int k = 3)
{
cout << k << endl;
cout << "BMW-操控" << endl;
}
};
void Test()
{
Car* pBenz = new Benz;
pBenz->Drive();
Car* pBMW = new BMW;
pBMW->Drive();
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
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。
从结果来看，我们可以清楚地了解接口继承的含义，也就是说多态调用，子类调用函数的接口是父类的。
练习题
以下程序输出结果是什么（）
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;
}A: A->0 B: B->1 C: A->1 D: B->0 E: 编译出错 F: 以上都不正确
结果是出人意料的B，这里就诠释了什么叫接口继承。
虚函数表
class Base
{
public:
virtual void Func1()
{
cout << "Base::Func1()" << endl;
}
virtual void Func2()
{
cout << "Base::Func2()" << endl;
}
void Func3()
{
cout << "Base::Func3()" << endl;
}
private:
int _b = 1;
char _ch;
};
class Derive : public Base
{
public:
virtual void Func1()
{
cout << "Derive::Func1()" << endl;
}
void Func3()
{
cout << "Derive::Func3()" << endl;
}
private:
int _d = 2;
};
int main()
{
cout << sizeof(Base) << endl;
Base b;
Derive d;
return 0;
}
通过观察测试我们发现Base对象是12bytes，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。
完成重写的虚函数，虚表的对应位置覆盖成重写的虚函数。
虚表的存储位置
int main()
{
int a = 0;
cout << "栈:" << &a << endl;
int* p1 = new int;
cout << "堆:" << p1 << endl;
const char* str = "hello world";
cout << "代码段/常量区:" << (void*)str << endl;
static int b = 0;
cout << "静态区/数据段:" << &b << endl;
Base be;
cout << "虚表:" << *((void**)&be) << endl;
Derive de;
cout << "虚表:" << *((void**)&de) << endl;
return 0;
}
如结果所示，虚表存储在代码段。
通过观察和测试，我们发现了以下几点问题：
1. 派生类对象d中也有一个虚表指针，d对象由两部分构成，一部分是父类继承下来的成员，虚 表指针也就是存在部分的另一部分是自己的成员。
2. 基类b对象和派生类d对象虚表是不一样的，这里我们发现Func1完成了重写，所以d的虚表 中存的是重写的Derive::Func1，所以虚函数的重写也叫作覆盖，覆盖就是指虚表中虚函数 的覆盖。重写是语法的叫法，覆盖是原理层的叫法。
3. 另外Func2继承下来后是虚函数，所以放进了虚表，Func3也继承下来了，但是不是虚函 数，所以不会放进虚表。
4. 虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组，一般情况这个数组最后面放了一个nullptr。
5. 总结一下派生类的虚表生成：a.先将基类中的虚表内容拷贝一份到派生类虚表中 b.如果派生 类重写了基类中某个虚函数，用派生类自己的虚函数覆盖虚表中基类的虚函数 c.派生类自己 新增加的虚函数按其在派生类中的声明次序增加到派生类虚表的最后。
单继承和虚继承的虚表
单继承
class Base {
public:
virtual void func1() { cout << "Base::func1" << endl; }
virtual void func2() { cout << "Base::func2" << endl; }
private:
int a;
};
class Derive :public Base {
public:
virtual void func1() { cout << "Derive::func1" << endl; }
virtual void func3() { cout << "Derive::func3" << endl; }
void func4() { cout << "Derive::func4" << endl; }
private:
int b;
};
// 函数指针数组
typedef void(*VFPtr)();
void PrintVFTbale(VFPtr vft[])
{
for (int i = 0; vft[i] != nullptr; ++i)
{
printf("[%d]:%p->", i, vft[i]);
vft[i]();
}
cout << endl;
}
int main()
{
Base b;
PrintVFTbale((VFPtr*)(*(void**)&b));
Derive d;
PrintVFTbale((VFPtr*)(*(void**)&d));
return 0;
}
多继承
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;
};
// 函数指针数组
typedef void(*VFPtr)();
void PrintVFTbale(VFPtr vft[])
{
for (int i = 0; vft[i] != nullptr; ++i)
{
printf("[%d]:%p->", i, vft[i]);
vft[i]();
}
cout << endl;
}
int main()
{
Base1 b1;
cout << "Base1:" << endl;
PrintVFTbale((VFPtr*)(*(void**)&b1));
cout << endl;
Base1 b2;
cout << "Base2:" << endl;
PrintVFTbale((VFPtr*)(*(void**)&b2));
cout << endl;
Derive d;
cout << "Drive::Base1:" << endl;
Base1& db1 = d;
PrintVFTbale((VFPtr*)(*(void**)&db1));
cout << endl;
cout << "Drive::Base2:" << endl;
Base2& db2 = d;
PrintVFTbale((VFPtr*)(*(void**)&db2));
cout << endl;
return 0;
}
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。
菱形继承中的虚函数
在菱形继承中，A中的虚函数在D中必须被重写，否则B和C中的虚函数会造成调用不明确。
在菱形虚拟继承中，如果BC中都有自己独立的虚函数，那么D中将会有三张虚表。
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