C++多态的基本原理及使用

多态的概念、定义以及实现

多种形态，当不同的对象去执行同一种行为时，产生的不同表现形态

构成条件：在不同的继承关系的类对象，去调用同一函数，产生了不同的行为

1. 继承关系
2. 必须通过基类的指针或者引用调用的虚函数，一般都是用父类指针/引用指向父类以及子类实体，即都为切片行为
3. 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

必须同时满足以上条件，缺一不可

虚函数的重写：重写函数逻辑

构成虚函数重写条件：子类含有和父类接口完全相同的函数（返回值，函数名，参数完全相同），例外：协变，析构函数重写，如果不满足所有条件，但是函数名相同，则构成函数隐藏

协变：返回值类型可以不同，但是返回值类型必须是父子关系

注意：如果父类函数加了virtual声明，则子类接口完全一致的函数即使不加virtual也具有虚函数的属性，但是反过来不成立，建议一般对于所有的虚函数都加上virtual

非多态：看类型

多态：看实际指向的实体

析构函数重写：

1. 只要父类的析构函数是虚函数，则子类的析构函数和父类的析构函数构成重写

   原因：编译器对继承关系下的所有类的析构函数的名字做了统一处理，保证了继承关系下所有的析构函数同名，一般把析构函数的名称统一处理成destructor

final和override关键字：

1. final：修饰虚函数，表示该虚函数不能再被继承，其定义的函数不能被重写，体现实现继承
2. override：检查派生类虚函数是否重写了某个虚函数，如果没有重写则编译报错，强制子类重写父类的某一个虚函数

抽象类

抽象类：包含纯函数的类，抽象类不能实例化对象

class A
{
public:
  //纯虚函数：没有函数体的虚函数
  virtual void fun() = 0;
};

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

void test()
{
  //无法执行以下代码
  //A a;
  //a.fun();
  
  B b;
  A* pb = &b;
  b.fun();
  pb->fun();
}

抽象类存在意义，实现多态，其体现出接口继承

多态原理

虚函数表

class D
{};
class Car
{
public:
  virtual void Drive()
  //包含隐藏成员变量，虚函数表指针
};

包含虚函数的类：类中包含一个隐含的成员变量，即虚表指针

虚表指针：指向虚表的首地址，类型为二级指针，函数指针的指针

虚表：存放虚函数指针的数组，类型为指针数组

1. 只存放虚函数的指针
2. 普通函数不会存入虚表
3. 如果子类重写了父类的虚函数，则子类虚表中对应位置使用子类虚函数指针覆盖
4. 如果子类没有重写父类的任何虚函数，则子类完全继承父类虚表，不做任何修改
5. 虚函数指针在虚表中的存放顺序和其声明/定义的顺序一致
6. 子类新定义的虚函数，其虚函数指针按照声明/定义的顺序依次加入虚表的末尾
7. 虚表一般以nullptr结束

只要类中包含虚函数，就会有虚表指针和虚表

• 虚表指针存在对象当中
• 虚表存放在代码段
• 虚函数存放在代码段

多态：看实际指向的实体

多态原理：如果访问的为虚函数，则通过指针/引用找到实际指向的实体，获取实体中的虚表指针，通过虚表指针访问虚表，在虚表中找到需要执行的虚函数指针，通过虚函数指针执行具体函数行为

继承下的虚表

单继承虚表：

1. 子类继承父类虚表
2. 用重写的虚函数指针覆盖子类对应的虚函数指针
3. 子类新定义的虚函数，其指针按照声明/定义顺序存入虚表的末尾

多继承虚表：

1. 虚表个数：等同于直接父类的个数
2. 子类继承父类所有的虚表
3. 用重写的虚函数指针覆盖对应父类的虚函数指针
4. 子类新定义的虚函数，其函数指针按照声明/定义的顺序存入第一个直接父类虚表的末尾