C++多态讲解 - 技术栈

1. 多态的概念

通俗来说，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)。编译时多态就是函数重载和函数模板，他们传不同的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，之所以叫编译时多态，是因为实参传给形参的参数匹配是在编译时完成的，我们把编译一般归为静态，运行时归为动态。

运行时多态，具体点就是去完成某个行为(函数)，传不同的对象就会完成不同的行为，就达到多种形态。比如买票这个行为，当普通人买票时，是全家买票；学生买票时，是优惠买票；军人买票是优先买票。

2. 多态的定义及实现

2.1 多态的构成条件

多态是一个继承关系的下的类和对象，去调用同一个函数，产生了不同的行为。比如Student继承了Person。Person对象买票是全价，Student对象买票优惠。

2.1.1 实现多态还有两个必须的重要条件：

必须是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，并且完成了虚函数重写/覆盖。

cpp 复制代码

#include<iostream>

using namespace std;

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

class Student : public Person
{
public:
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "买票优惠" << endl;
	}
};

int main()
{
	Person p;
	p.BuyTicket();

	Student s;
	s.BuyTicket();

	return 0;
}

2.1.2 虚函数

类成员函数前面家virtual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。

cpp 复制代码

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

2.1.3 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)，称派生类的虚函数重写了基类的虚函数。

**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)，但是这种写法不规范，不建议这样使用。

cpp 复制代码

#include<iostream>

using namespace std;

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

class Student : public Person
{
public:
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "买票优惠" << endl;
	}
};

void Func(Person* ptr)
{
	ptr->BuyTicket();
}

int main()
{
	Person p;
	Student s;

	Func(&p);
	Func(&s);

	return 0;
}

2.1.4 虚函数重写的一些其他问题

1. 协变

派生类重写基类虚函数时，与基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者引用，派生类虚函数返回派生类对象的指针或引用时，称为协变。

cpp 复制代码

#include<iostream>

using namespace std;

class Person
{
public:
	virtual Person* BuyTicket()
	{
		cout << "买票全价" << endl;
		return nullptr;
	}
};

class Student : public Person
{
public:
	virtual Student* BuyTicket()
	{
		cout << "买票优惠" << endl;
		return nullptr;
	}
};

void Func(Person* ptr)
{
	ptr->BuyTicket();
}

int main()
{
	Person p;
	Student s;

	Func(&p);
	Func(&s);

	return 0;
}

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，虽然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做了特殊处理，编译后析构函数的名称统一处理为destructor，所以基类的析构函数加了virtual修饰，派生类的析构函数就构成重写。

cpp 复制代码

#include<iostream>

using namespace std;

class A
{
public:
	virtual ~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
};

class B : public A
{
public:
	~B()
	{
		cout << "~B()" << _p << endl;
		delete _p;
	}

protected:
	int* _p = new int[10];
};

int main()
{
	A* p1 = new A;
	A* p2 = new B;

	delete p1;
	delete p2;

	return 0;
}

2.1.5 override和final关键字

从上面可以看出，C++对虚函数重写的要求比较严格，但是有些情况下由于疏忽，比如函数名写错参数写错等导致无法构成重写，而这种错误在编译期间是不会报错的，只有在程序运行时没有得到预期结果才知道有bug，因此C++11提供了override，可以帮助用户检测是否重写。如果我们不想让派生类重写这个虚函数，那么就可以用final去修饰。

cpp 复制代码

#include<iostream>

using namespace std;

class A
{
public:
	// error C3668: "B::Func": 包含重写说明符"override"的⽅法没有重写任何基类⽅法
	//virtual void Func()
	//{ }
};

class B : public A
{
public:
	virtual void Func() override
	{
		cout << "void Func()" << endl;
	}
};

int main()
{


	return 0;
}

cpp 复制代码

#include<iostream>

using namespace std;

class A
{
public:
	virtual void Func() final
	{ }
};

class B : public A
{
public:
	// // error C3248: "A::Func": 声明为"final"的函数⽆法被"B::Func"重写
	virtual void Func() override
	{
		cout << "void Func()" << endl;
	}
};

int main()
{


	return 0;
}

3. 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(实现没啥意义因为要被派生类重写，但是语法上可以实现)，只要声明即可。包含纯虚函数的类叫做抽象类，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，因为不重写实例化不出对象。

cpp 复制代码

#include<iostream>

using namespace std;

class A
{
public:
	virtual void Func() = 0;
};

class B : public A
{
public:
	virtual void Func()
	{
		cout << "void Func()" << endl;
	}
};

int main()
{
	// 编译报错：error C2259: "A": ⽆法实例化抽象类
	A a;
	
	return 0;
}