C++多态

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一.多态的概念

通俗来说，多态就是多种形态。多态分为编译时多态（静态多态） 和 运行时多态（动态多态）。

编译时多态：主要就是我们前面讲的函数重载和函数模板，他们传不同类型的参数就可以调用不同的函数，通过参数的不同达到多种形态。

运行时多态：具体来说就是去完成某个行为（函数）时，传不同的对象就会完成不同的行为，就达到多种形态。举个例子：在我们买高铁票时，如果你是个普通成人，那么就需要买全价票；学生就可以买学生票。这个例子中我们买票就是一种行为，而我们的身份（普通成人 / 学生）就是我们传过去的对象，最后我们买票所需要的花费就是不同的行为。

二.多态的定义及实现

多态的构成条件

多态是一个继承关系下的类对象，去调用同一函数，产生了不同的行为。比如Student继承Person。Person对象买全价票，Student对象买学生票。

1.实现多态两个必须条件

（1）必须指针或者引用调用虚函数

必须是基类的指针或引用，因为只有基类的指针或引用才能指向派生类对象

（2）被调用的函数必须是虚函数

派生类必须对基类的虚函数 重写 / 覆盖 ，重写或者覆盖了，派生类才能有不同的函数，多态的不同形态效果才能达到。

2.虚函数

类成员函数前佳 virual 修饰，那么这个成员函数被称为虚函数。注意非成员函数不能加 virtual 修饰。

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

3.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（返回值类型、函数名、参数列表完全相同），称派生类的虚函数重写了基类的虚函数。

在重写基类虚函数时，派生类的虚函数在不加 virtual 关键字时，也可以构成重写（因为继承后，基类的虚函数被继承下来，在派生类中依旧保持虚函数属性），但是该写法不规范，不建议这样使用。

4.虚函数重写的问题

（1）协变(了解)：

派生类重写基类虚函数时，与基类虚函数返回值类型不同。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，称为协变。实际意义不大，稍微了解一下。

（2）析构函数的重写：

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。

基类与派生类析构函数名字不同看起来不符合重写的规则，实际上编译器对析构函数的名称进行了特殊处理，编译后析构函数的名称统一处理成 destructor，所以基类的析构函数只要加了virtual修饰，派生类的析构函数就构成重写。

5.override 和 final 关键字

C++对函数重写的要求比较严格，假如函数名写错或者参数写错导致无法构成重载，这种错误在编译期间不会报出，只有在程序运行时没有得到预期结果才来debug。

因此C++11提供了override关键字，可以帮助用户检测是否重写。如果不想让派生类重写这个虚函数，可以用final关键字去修饰。

上面代码中，派生类和基类的函数名不同导致函数没有重写，如果不使用override，那么我们在编译阶段比较难发现这个问题。

final修饰的函数，无法被重写。

6.重载 / 重写 / 隐藏的对比

三.纯虚函数和抽象类

在虚函数的后面写上 = 0，则这个函数为纯虚函数，纯虚函数不需要定义实现（没意义，因为要被派生类重写，语法上可以实现），只需要声明。

包含纯虚函数的类叫抽象类，抽象类不能实例化出对象，如果派生类继承后不重写纯虚函数，那么派生类也是抽象类。

纯虚函数某种程度上强制了派生类重写虚函数，因为不重写就无法实例化出对象。

四.多态的原理

1.虚函数表指针

上面代码运行结果为16，除了 _b 和 _ch 成员，还多一个 ** _ _vfptr** 放在对象前面（或者后面，与平台有关），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存在一个虚函数表指针，因为这一个类所有虚函数的地址要被放到这个类对象的虚函数表中，虚函数表简称虚表。

2.多态的原理

（1）多态是如何实现的？

满足多态条件后，底层不再是编译时通过调用对象确定函数的地址，而是运行时到指向的对象的虚表中确定对应的虚函数的地址。

这样就实现了指针或引用指向基类就调用基类的虚函数，指向派⽣类就调用派生类对应的虚函数。

ptr指向的Person对象，调用的是Person的虚函数

ptr指向的Student对象，调用的是Student的虚函数。

（2）动态绑定与静态绑定

Ⅰ：对不满足多态条件（指针或者引用 + 调用虚函数）的函数调用是在编译时绑定的，也就是编译时确定调用函数的地址，叫做静态绑定。

Ⅱ：满足多态条件的函数调用是在运行时绑定的，也就是在运行时到指向对象的虚函数表中找到调用函数的地址，叫做动态绑定。

（3）虚函数表

Ⅰ：基类对象的虚函数表中存放基类所有的虚函数地址。

Ⅱ：派生类由两部分构成，继承下来的基类和自己的成员。一般情况下，继承下来的基类中有虚函数表指针，自己就不会再生成虚函数表指针。

这里继承下来的基类部分虚函数表指针和基类对象的虚函数表指针不是同一个，就像基类对象的成员和派生类对象中的基类对象成员也独立的。

Ⅲ：派生类中重写的基类的虚函数，派生类的虚函数表中对应的虚函数就会被覆盖成派生类重写的虚函数地址。

Ⅳ：派生类的虚函数表中包含，基类的虚函数地址、派生类重写的虚函数地址、派生类自己的虚函数地址三部分。

Ⅴ：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0x00000000标记。（各个编译器自行定义）

Ⅵ：虚函数和普通函数一样，编译好后是一段指令，都是存在代码段的，只是虚函数的地址又存到了虚表中。

Ⅶ：虚函数表存在哪的？C++标准并没有规定，我们可以通过代码对比验证一下。

从结果来看vs中虚函数表应该是存放在了常量区。