C++ 多态

简介

编译时的多态：函数的重载（包括运算符的重载）、对重载函数的调用，在编译时就能根据实参确定应该调用哪个函数，因此叫编译时的多态。

运行时多态：继承、虚函数等概念有关。

虚函数

通过基类指针只能访问派生类的成员变量，但是不能访问派生类的成员函数。

让基类指针能够访问派生类的成员函数，C++ 增加了虚函数（Virtual Function）。

//基类People
class People{
public:
    People(char *name, int age);
    virtual void display();  //声明为虚函数
protected:
    char *m_name;
    int m_age;
};

有了虚函数，基类指针指向基类对象时就使用基类的成员（包括成员函数和成员变量），指向派生类对象时就使用派生类的成员。换句话说，基类指针可以按照基类的方式来做事，也可以按照派生类的方式来做事，它有多种形态，或者说有多种表现方式，我们将这种现象称为多态（Polymorphism）。

C++中虚函数的唯一用处就是构成多态。

C++提供多态的目的是：可以通过基类指针对所有派生类（包括直接派生和间接派生）的成员变量和成员函数进行“全方位”的访问，尤其是成员函数。如果没有多态，我们只能访问成员变量。

虚函数是根据指针的指向来调用的，指针指向哪个类的对象就调用哪个类的虚函数。

构成多态的条件

虚函数使用条件：

只需要在虚函数的声明处加上 virtual 关键字，函数定义处可以加也可以不加。

可以只将基类中的函数声明为虚函数，这样所有派生类中具有遮蔽关系的同名函数都将自动成为虚函数。
当在基类中定义了虚函数时，如果派生类没有定义新的函数来遮蔽此函数，那么将使用基类的虚函数。
只有派生类的虚函数覆盖基类的虚函数（函数原型相同）才能构成多态（通过基类指针访问派生类函数）。
派生类不继承基类的构造函数，将构造函数声明为虚函数没有什么意义。
析构函数可以声明为虚函数，而且有时候必须要声明为虚函数。

构成多态的条件：

必须存在继承关系；
继承关系中必须有同名的虚函数，并且它们是覆盖关系（函数原型相同）。
存在基类的指针，通过该指针调用虚函数。

虚析构函数

析构函数用于在销毁对象时进行清理工作，可以声明为虚函数，而且有时候必须要声明为虚函数。

//基类
class Base{
public:
    Base();
    ~Base();
protected:
    char *str;
};
Base::Base(){
    str = new char[100];
    cout<<"Base constructor"<<endl;
}
Base::~Base(){
    delete[] str;
    cout<<"Base destructor"<<endl;
}
//派生类
class Derived: public Base{
public:
    Derived();
    ~Derived();
private:
    char *name;
};
Derived::Derived(){
    name = new char[100];
    cout<<"Derived constructor"<<endl;
}
Derived::~Derived(){
    delete[] name;
    cout<<"Derived destructor"<<endl;
}
int main(){
   Base *pb = new Derived();
   delete pb;
   cout<<"-------------------"<<endl;
   Derived *pd = new Derived();
   delete pd;
   return 0;
}

第一条语句delete pb;只调用了基类的析构函数（上转型对象）。

第二条语句delete pd;同时调用了派生类和基类的析构函数（先调用派生类的析构函数，后调用基类的析构函数）。

将基类的析构函数声明为虚函数后，派生类的析构函数也会自动成为虚函数。这个时候编译器会忽略指针的类型，而根据指针的指向来选择函数。

就是说，大部分情况下都应该将基类的析构函数声明为虚函数。

纯虚函数和抽象类（接口）

将虚函数声明为纯虚函数，语法格式为：

1	virtual 返回值类型函数名 (函数参数) = 0;

包含纯虚函数的类称为抽象类（Abstract Class）。之所以说它抽象，是因为它无法实例化，也就是无法创建对象。原因很明显，纯虚函数没有函数体，不是完整的函数，无法调用，也无法为其分配内存空间。

抽象类通常是作为基类，让派生类去实现纯虚函数。派生类必须实现纯虚函数才能被实例化。

纯虚函数说明：

一个纯虚函数就可以使类成为抽象基类，抽象基类中除了包含纯虚函数外，还可以包含其它的成员函数和成员变量。
只有类中的虚函数才能被声明为纯虚函数，普通成员函数和顶层函数均不能声明为纯虚函数。

虚函数表

当通过指针访问类的成员函数时：

如果该函数是非虚函数，那么编译器会根据指针的类型找到该函数；指针是哪个类的类型就调用哪个类的函数。
如果该函数是虚函数，并且派生类有同名的函数遮蔽它，那么编译器会根据指针的指向找到该函数；指针指向的对象属于哪个类就调用哪个类的函数。这就是多态。

编译器之所以能通过指针指向的对象找到虚函数，是因为在创建对象时额外地增加了虚函数表。

如果一个类包含了虚函数，那么在创建该类的对象时就会额外地增加一个数组，数组中的每一个元素都是虚函数的入口地址。不过数组和对象是分开存储的，为了将对象和数组关联起来，编译器还要在对象中安插一个指针，指向数组的起始位置。这里的数组就是虚函数表（Virtual function table），简写为vtable。