C++的多态

多态的定义及实现

多态的构成

多态的概念：去完成同一种行为，不同的对象完成时会产生不同的状态。

多态是通过继承和虚函数来实现的，具有两个条件：

1. 必须通过基类的指针或者引用调用虚函数；
2. 派生类必须对基类的虚函数进行重写，保证被调用的函数是虚函数。
   

虚函数及重写

虚函数：被 virtual修饰的类成员函数称为虚函数。
 
（虚函数和虚拟继承只是用到了同一个关键字 virtual，两者之间没有任何关系）

虚函数的重写： 派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数（派生类虚函数和基类虚函数的返回值类型、函数名、参数列表都相同），只有函数体内的行为不同，称为子类的虚函数重写了基类的虚函数。

 
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）
   即：基类虚函数返回基类对象的指针或引用，派生类虚函数返回派生类对象的指针或引用时，称为协变。
   

2. 析构函数的重写
   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。
   

final和override

final关键字：

1. 修饰类：当final用于修饰类时，表示该类不能被其他类继承。

class Base final {
public:
    virtual void func() {
        // ...
    }
};

class Derived : public Base { // 报错：不能将final类作为基类
public:
    void func() {
        // ...
    }
};

2. 修饰成员函数：当final用于修饰成员函数时，表示该函数不能在派生类中被重写。

class Base {
public:
    virtual void func() final {
        // ...
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void func() { // 报错：无法覆盖final函数
        // ...
    }
};

override关键字：
检查派生类虚函数是否重写了基类的某个虚函数，如果没有重写编译报错。（用在派生类虚函数上）

class Base {
public:
    virtual void func() {
        // ...
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void func() override { // 覆盖了基类中的func函数，若没覆盖则报错
        // ...
    }
};

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（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，只有重写纯虚函数厚才可以实例化出对象。

多态的原理

构成多态后，派生类对于虚函数的调用 其实是：函数体的替换。（函数返回值、函数名和参数列表都是基类的虚函数的，函数体替换成派生类的）

虚函数表

  含有虚函数的类生成的对象中都至少有一个虚函数表指针_vfptr，指向虚函数表（编译阶段生成的），这个表中存储了该类所有虚函数的地址。
  虚函数重写后子类会用重写后的函数体地址覆盖虚表内父类虚函数函数体的地址。

class Base
{
public:
    virtual void Func1()
    {
        cout << "Func1()" << endl;
    }

private:
    int _b = 1;
};

派生类内虚表的理解：
  派生类的虚表不是单独产生的，是从基类拷贝了一份，如果有虚函数重写或新加了虚函数才会对继承的虚表进行修改。

  如果是多继承，就会有多个虚指针和多个虚表，每个被继承的父类在子类内都是一个整体。（继承两个父类，有两个虚指针和两个虚表；继承三个父类，就有三个虚指针和虚表……）

  多继承的子类新添加的虚函数，会被加到继承的第一张虚表的最后。