C++——多态 - 技术栈

面向对象三大特性之一------多态

[1. 多态的概念](#1. 多态的概念)
[2. 虚函数和重写](#2. 虚函数和重写)
[3. 多态的定义和实现](#3. 多态的定义和实现)
[4. 抽象类](#4. 抽象类)
[5. 多态的原理](#5. 多态的原理)
- [5.1 虚函数表](#5.1 虚函数表)
- [5.2 原理](#5.2 原理)

1. 多态的概念

概念：通俗一点，就是多种形态 。具体一点，就是当完成某个行为时，不同的对象 去完成会

产生出不同的状态。

举个例子：比如买票这个行为，未成年人买票会打折；普通成年人要全价买；残疾人或者军人可以优先买票等。再比如，动物"叫"这个行为，它们叫的声音大都不同。

2. 虚函数和重写

被virtual修饰的成员函数为虚函数。

cpp 复制代码

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

BuyTicket就是一个虚函数。

虚函数的重写(覆盖)：在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)，称派生类的虚函数重写了基类的虚函数。

cpp 复制代码

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; 
	}
};

Student类重写了Person类的虚函数。

3. 多态的定义和实现

定义：在不同继承关系的类的对象，去调用同一函数，产生了不同的行为。称为多态。

比如

实现：要构成需要两个条件：

必须通过基类的指针或引用调用虚函数
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

cpp 复制代码

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; 
	}
};

void test(Person& p)
{
	p.BuyTicket();
}

int main()
{
	Person p;
	Student s;
	test(p);
	test(s);
	return 0;
}

运行结果如下

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，重写的是实现。所以如果不实现多态，不要把函数定义成虚函数。

这里有两个例题，可以帮助理解多态

cpp 复制代码

class A
{
public:
  A() 
	  :m_iVal(0) 
  { 
  	  test(); 
  }
  virtual void func() 
  {
	  std::cout << m_iVal << ' ';
  }
  void test() 
  { 
	  func(); 
  }

public:
  int m_iVal;
};

class B : public A
{
public:
	B() 
	{
		test(); 
	}
	virtual void func()
	{
		++m_iVal;
		std::cout << m_iVal << ' ';
	}
};

int main()
{
	A* p = new B;
	p->test();
	return 0;
}

运行结果为：0 1 2

解析：

第二题

cpp 复制代码

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()
{
	B* p = new B;
	p->test();
	return 0;
}

运行结果为：B->1

解析：

4. 抽象类

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。

cpp 复制代码

class A
{
public:
	virtual void func() = 0 //纯虚函数
	{
		std::cout << "A" << std::endl;
	}
	virtual void test()
	{
		func();
	}
};

class B : public A
{
public:
	void func()
	{
		std::cout << "B"<< std::endl;
	}
};

int main()
{
	//A a; 包含纯虚函数，不能实例化对象
	B a;
	return 0;
}

A类就是一个抽象类，只有B类重写了func函数后，才能实例化出对象。

5. 多态的原理

5.1 虚函数表

cpp 复制代码

class A
{
public:
	virtual void func()
	{
		std::cout << "A" << std::endl;
	}
private:
	int _a;
};

class B : public A
{
public:
	void func()
	{
		std::cout << "B" << std::endl;
	}
};

int main()
{
	A a;
	B b;

	cout << sizeof(A) << endl;
	cout << sizeof(B) << endl;
	return 0;
}

这段代码在32位平台下运行是两个8。说明除了_a成员，还有别的成员。

除了_a成员，还有一个_vfptr的成员，它是一个指针，叫做虚函数表指针 ，指向一个虚函数表。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。

cpp 复制代码

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;
}

Base是基类，Derive是继承了Base的派生类。Derive重写了func1。调试观察两个对象内的成员以及虚函数表的内容。

通过观察，可以发现这样几个问题

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，另一部分是自己的成员。
基类b对象和派生类d对象的虚表是不一样的，这里Func1完成了重写，所以d的虚表中存的是重写的Derive::Func1的地址，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。
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。

5.2 原理

调用虚函数时，指针指向父类就会去父类的虚表 内找函数地址，调用对应函数。指向子类就会去子类的虚表内找函数地址，调用对应函数。