C++ 多态性与虚函数

1.多态性

多态性：对同一的消息，不同对象有不同的响应方式。

多态性分两种：静态多态性 和 动态多态性。
静态多态性 是通过函数的重载实现的，在程序编译时系统就能决定要调用的是哪个函数，也称编译时的多态性。
动态多态性 是通过虚函数实现的，在程序运行过程中才动态地确定操作所针对的对象。

• 坐公交车前确定了路线就好比静态多态性，而临时决定路线就好比动态多态性。

2.虚函数

在类的继承层次结构中，若派生类和基类存在成员函数相同的情况，编译系统按照同名覆盖的原则决定调用的对象。

虚函数：在基类声明函数是虚拟的，并不是实际存在的函数，然后在派生类中才正式定义此函数。

虚函数的作用是：允许在派生类中重新定义与基类同名的函数，并且可以通过基类指针或引用来访问基类和派生类中的同名函数。（非虚函数，指向基类的指针可以指向派生类，但只能引用派生类中继承的基类成员）

（1）虚函数定义

定义虚函数：
class Student
{public:
	virtual void display();
	...
}

class Student1: public Student
{public:
	void display();
	...
}

在main函数中：

Student stud, *p;
Student1 stud1;
p = &stud;
p->display(); // 基类的display
p = &stud1;
p->display(); // 派生类的display

// 如果基类display不是虚函数，那么上面两次调用的display均为基类的display。

这就是 多态性：对同一的消息，不同对象有不同的响应方式。

注意：
<1>在类体中声明成员函数为virtual，在类体外定义时不必再加virtual；
<2>在派生类中重新定义此函数，函数名、函数类型、函数参数个数和类型，必须与基类的虚函数相同，根据派生类的需要重新定义函数体；
<3>定义一个指向基类对象的指针变量，并使它指向同一类组中需要调用该函数的对象；
<4>通过该指针调用此虚函数，此时调用的就是指针变量指向的对象的同名函数。

重载与虚函数的区别：
<1>函数重载处理的是同一层次上的同名函数问题，而 虚函数 是处理 不同派生层次上 的同名函数问题；前者是横向重载，后者是纵向重载；
<2>同一类组的 虚函数的首部是相同的 ，而函数重载时函数的首部是不同的（参数个数或类型不同）。

（2）关联
确定调用的具体对象的过程称为关联。
编译时确定的关联称为静态关联（或早期关联），运行阶段时称为动态关联（滞后关联）。

（3）虚函数的使用要求
<1>只能是声明 类的成员函数为虚函数，类外的普通函数不行。因为虚函数的作用是允许在派生类中对基类的虚函数重新定义；
<2>一个成员函数被声明为虚函数之后，在同一类族中就 不能再定义一个非virtual 但与该虚函数首部相同的 同名函数。

什么情况下考虑虚函数：
<1>首先看成员函数所在类是否为基类，再看该成员函数在派生类中是否会被修改，若两者都是，则虚之；
<2>如果成员函数在派生类中不被修改或根本用不到，则不虚之；
<3>该成员函数通过基类指针去访问，则虚之；
<4>声明虚函数，但不定义结构体，留着派生类定义。

注意：虚函数有空间开销，系统为含虚函数的类创建一个虚函数表，它是指针数组，存放每个虚函数的入口地址。

（4）虚析构函数
在程序中，最好把基类的析构函数声明为虚函数，这将使所有派生类的析构函数自动成为虚函数。

3.纯虚函数与抽象类

（1）纯虚函数
有时基类中的虚函数，并不是积累本身需要，而是 考虑到派生类的需要，实现多态性。在基类中预留，在派生类中定义。

一般形式：
virtual 函数类型 函数名（参数列表）=0；

virtual void display()=0;

注意：
<1>纯虚函数没有函数体；
<2>“=0”是告诉编译系统，这是个纯虚函数；
<3>纯虚函数只有函数名不具备函数功能，不能被调用；
<4>如果派生类没有对基类的纯虚函数做定义，则该纯虚函数在派生类中仍为纯虚函数。

（2）抽象类
不用来定义对象只用作继承的类，称为抽象类。凡是包含纯虚函数的类都是抽象类。因为纯虚函数无法被调用，所以包含纯虚函数的类不能创建对象。

注意：虽然抽象类不能实例化，但是可以定义指向抽象类数据的指针变量。