深入理解C++多态：概念、实现与应用-优快云博客

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一、多态的概念

二、多态的定义与实现

2.1 多态构成的条件

2.2 虚函数的重写（覆盖）

2.3 override 和 final

2.4 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

一、多态的概念

通俗来说，多态就是多种形态，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。因此C++中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。

比如买票这个行为，当普通人买票时，是全价买票；学生买票时，是半价买票；军人买票时是优先买票。

二、多态的定义与实现

2.1 多态构成的条件

必须通过基类的指针或者引用调用虚函数
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

什么又是虚函数呢？

即被virtual修饰的类成员函数称为虚函数。

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

2.2 虚函数的重写（覆盖）

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。

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

虚函数重写的两个例外：

1.协变(基类与派生类虚函数返回值类型不同)

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;}
};

2. 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，即使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; }
};

2.3 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。

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;}
};
//编译时会报错

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;}
};

2.4 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

三、抽象类

3.1 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 Car
{
public:
   virtual void Drive() = 0;
};

四、多态的原理

4.1 虚函数表

先来看一道笔试题：

class Base
{
public:
    virtual void Func1()
    {
       cout << "Func1()" << endl;
    }
private:
    int _b = 1;
};

这里sizeof（Base）是多少？

通过观察测试我们发现b对象是8bytes，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。那么派生类中这个表放了些什么呢？我们接着往下分析。


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;
};
class Derive : public Base
{
public:
    virtual void Func1()
  {
    cout << "Derive::Func1()" << endl;
  }
private:
   int _d = 2;
};
int main()
{
    Base b;
    Derive d;
    return 0;
}