多态深度剖析

前言

继承是多态的基础，

如果对于继承的知识还不够了解，

可以去阅读上一篇文章

继承深度剖析

基本概念与定义

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。

构成多态的两个必要条件：

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

那么，什么是虚函数？什么是重写？

将virtual关键字加在成员函数前面，这个函数就是虚函数

虚函数的重写（覆盖）

派生类中有一个除函数内部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

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; }
};

实例

使用多态时，切记要注意构成多态的两个必要条件

实例

class Person
{
public:virtual void Buy(){cout << "全价" << endl;}
};class student :public Person
{
public:virtual void Buy(){cout << "半价" << endl;}
};int main()
{Person p;student s;p.Buy();s.Buy();return 0;
}

运行结果

p 是基类 Person 的实例，s 是派生类 Student 的实例。

当 p 调用 Buy 函数时，它调用的是 Person 类中的函数，

因此输出 “全价”。而当 s 调用 Buy 函数时，

它调用的是 Student 类中的重写函数，因此输出 “半价”。

通过重写基类中的虚函数，派生类可以改变函数的行为，这就是多态性。

尽管 p 和 s 都调用了 Buy 函数，但由于它们所属的类不同，输出的结果也不同。

构成多态的两个特例

1.派生类虚函数不写virtual关键字依旧构成多态

2.基类与派生类虚函数返回值类型不同
也可以构成多态(返回值必须满足某种条件)

基类的返回值要返回基类
派生类的返回值要返回派生类

注意

1.父类不写virtual,而子类的同名
函数写了virtual,这是不构成多态的!

class Person
{
public:void Buy(){}
};class student :public Person
{
public:virtual void Buy(){}
};

2.在继承体系中,父子类的同名
函数不构成重写就构成隐藏,不可能构成重载!

底层原理分析

大家先思考一下这套题目的答案，

如果你单纯的认为Base类只有一个
整型变量占用空间,答案是4的话,那你就上当啦!
事实上在32位机器下,这里的结果是8
在64位机器下,这里的结果是16!

32

64

因为它除了有一个变量外,还有
一个指针,此指针指向一个虚函数表

使用这一段代码观察

class A
{
public:virtual void func1(){cout << "父类func1";}
private:int _a;
};
class B : public A
{
public:virtual void func1(){cout << "子类func1";}
private:int _b;
};int main()
{A a;B b;return 0;
}

此指针叫虚表指针:vfptr,也就是
virtual function ptr

这个指针并不是直接指向虚函数的地址
而是指向一个虚函数表,可以理解位一个
数组,此数组中存放着此对象中所有的虚
函数的地址,它们的关系可以用下图表示:

注:不管有没有继承体系或多态
只要有虚函数就有虚表!

那么父类和子类的虚表指针和指向
的内容有什么不同或相同处吗?
形成多态现象的原理又是什么?

class A
{
public:virtual void func1()cout << "父类func1";virtual void func2()cout << "父类func2";
private:int _a;
};
class B : public A
{
public:virtual void func1()cout << "子类func1";
private:int _b;
};
int main()
{A a;B b;return 0;
}

这证明：

父类和子类的虚表指针是不同的
证明父子类各有一张虚函数表!
函数func1在子类中被重写了,所以
父子类虚表中的func1函数地址是不同的
函数func2没有被子类重写,所以
父子类虚表中的func2函数地址是相同的

结论：同一个类的不同对象共用一个虚表

多态的原理深度剖析:

当一个函数A被重写时,它的父类虚表存放
父类函数A的地址,子类虚表存放的是子类
函数A的地址!

当父类的指针或引用指向子类空间时
调用虚函数时,会到指向对象的虚表中
中找到对应的虚函数地址,进行调用!

父子类都只有A函数或无函数时

1. 若父类写了虚函数A,而子类
   甚至没有写函数A,此时子类对象中
   存储的虚函数地址与父类相同

2. 若父类甚至没有写函数A,而子类
   直接写了虚函数A,则父类对象中没有
   虚表,而子类对象中有虚表(存放A)

多态中的两个关键字

final:修饰虚函数,表示该虚函数不能被重写

override:检查子类类虚函数是否重写了
基类虚函数如果没有被重写则编译报错

 抽象类以及虚函数的几个结论

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

抽象类的只需了解即可,实际中使用到的场景很少

其他结论

1.内联函数可以是虚函数吗？

可以，如果是普通调用，内联起作用，如果是多态调用，内联不起作用。

2.静态成员可以是虚函数吗？

不可以，编译会报错，静态成员函数没有this指针，可以指定类域调用，无法构成多态。

3.构造函数可以是虚函数吗？

不可以，编译会报错，对象中的虚表指针是构造函数阶段时才初始化的，虚函数多态调用，要到虚表中找，但是此时虚表指针还未初始化。

4.析构函数可以是虚函数吗？

最好是虚函数。

5.访问普通函数快还是访问虚函数快？
普通调用时是一样快的，多态调用时会慢一点，以为要去虚表中查找。

6.虚函数表在什么阶段形成，存在哪里？

虚函数表在编译阶段就形成了，虚函数表指针构造时才初始化给对象，存储在代码段中。

7.动态多态与静态多态

静态多态多指函数重载，运算符重载；

动态多态就是本章的内容了，

条件：1.父类的引用或指针调用虚函数。

2.虚函数完成重写指向谁，调用谁，实现多种形态