【C++历练之路】探秘C++三大利器之一——多态

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前言🍔:

在计算机科学的广袤领域中，C++多态性是一门令人着迷的技术艺术，它赋予我们的代码更强大的灵活性和可维护性。想象一下，你正在构建一个程序，需要适应不断变化的需求和不同类型的数据。在这个冒险的编码旅程中，C++多态性是你的得力助手，一种能够让你的代码在运行时展现出令人惊叹的适应性和智慧的工具。

多态性的奥妙隐藏在每一个虚函数的背后，它让你的程序能够在不同的对象之间游刃有余地执行相同的操作，仿佛是一场精密的交响乐团，每个对象都奏响了自己独特的旋律，却和谐共鸣于整个系统。本文将带领你深入探索C++多态的内部机制，解析编译时多态和运行时多态的微妙之处，同时揭示虚函数表背后的神秘面纱。

目录

1. 多态的概念

1.1 概念

 2. 多态的定义及实现

2.1多态的构成条件

2.2 虚函数

2.3虚函数的重写

2.4C++11override和final关键字

2.5 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

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1. 多态的概念

1.1 概念

多态的概念：通俗来说，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。

举个栗子：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。

再举个栗子： 最近为了争夺在线支付市场，支付宝年底经常会做诱人的扫红包-支付-给奖励金的
活动。那么大家想想为什么有人扫的红包又大又新鲜8块、10块...，而有人扫的红包都是1毛，5
毛....。其实这背后也是一个多态行为。支付宝首先会分析你的账户数据，比如你是新用户、比如
你没有经常支付宝支付等等，那么你需要被鼓励使用支付宝，那么就你扫码金额 =
random()%99；比如你经常使用支付宝支付或者支付宝账户中常年没钱，那么就不需要太鼓励你
去使用支付宝，那么就你扫码金额 = random()%1；总结一下：同样是扫码动作，不同的用户扫
得到的不一样的红包，这也是一种多态行为。

 2. 多态的定义及实现

2.1多态的构成条件

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Student继承了
Person。Person对象买票全价，Student对象买票半价。
那么在继承中要构成多态还有两个条件：
1. 必须通过基类的指针或者引用调用虚函数
2. 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

那什么是虚函数呢？我们在继承中学习到了虚继承使用了Virtual关键字，那现在我们来看一下虚函数。

2.2 虚函数

虚函数：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;}
};

2.3虚函数的重写

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; }*/
};
void Func(Person& p)
{p.BuyTicket();
}
int main()
{Person ps;Student st;Func(ps);Func(st);return 0;
}

在实现虚函数时，子类与父类都不写virtual关键字，这里就是继承中的隐藏，而在父类中使用virtual关键字，无论子类是否加上virtual都是重写，但是必须满足两个函数的名字、返回值、参数相同。

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)
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者引用时，称为协变。

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;}
};

 这里的返回值与参数也可以不相同，但是必须父类虚函数的返回值与参数与子类返回值参数为继承关系。假如没有继承关系，有些编译器可以检测出并进行报错，其实编译器检测不出也是正确的，其就是隐藏关系。

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，虽然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; }
};
// 只有派生类Student的析构函数重写了Person的析构函数，下面的delete对象调用析构函
//数，才能构成多态，才能保证p1和p2指向的对象正确的调用析构函数。
int main()
{Person* p1 = new Person;Person* p2 = new Student;delete p1;delete p2;return 0;
}

 如果不加virtual关键字就是隐藏，如果调用子类就会自动调用父类的析构函数。

在这里我们得区分一下什么是普通调用，什么是多态调用(重点)

普通调用：看的是指针或者引用的对象的类型。

多态调用：看指针或者引用指向的对象。

int main()
{Person* p2 = new Student;//多态调用Student* p3 = new Student;//普通调用delete p2;delete p3;return 0;
}

2.4C++11override和final关键字

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。

final关键字的作用通俗的话讲是不想让自己在被继承所提出的关键字。但是不想被继承还有一种方法。

方法一：将构造函数设置为私有。

class Car
{
private:Car(int x):bb(x){}int bb;
};
class Benz :public Car
{
public:void func(){}
private:int _a;
};
int main()
{Benz en;
}

将父类的构造函数设置为私有，子类创建对象时无法调用父类的构造函数，所以不能被继承。

方法二：C++11，final修饰的类为最终类，不能被继承

 class A final
{
public:
protected:int _a;
private:/*A(){}*/
};class B : public A
{};

使用final修饰的函数不能被重写：

class Car
{
public:virtual void Drive() final {}
};
class Benz :public Car
{
public:virtual void Drive() { cout << "Benz-舒适" << endl; }
};

 上述代码就是一个错误的代码，编译器会报错。

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;}
};

2.5 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

 上面的一幅图将三种情况区分，大家可以收藏下来方便记忆。

上述就是多态的全部内容，底层内容我们下一次来讲解，感兴趣的可以期待博主下一篇博客。