C++面向对象——多态
C++面向对象——多态
- 多态的概念
- 多态的定义及实现
- 多态的构成条件
- 实现多态还有两个必须重要条件：
- 析构函数的重写
- override和final关键字
- 重载/重写/隐藏的对⽐
- 纯虚函数和抽象类
- 多态的原理
- 虚函数表指针
- 虚函数表
- 多态的原理
- 动态绑定和静态绑定
多态的概念
编译时多态(静态多态)：
编译时多态(静态多态)主要就是我们前⾯讲的函数重载和函数模板，他们传不同类型的参数就可以调⽤不同的函数，通过参数不同达到多种形态。
运⾏时多态，具体点就是去完成某个⾏为(函数)，可以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，是全价买票；学⽣买票时，是优惠买票(5折或75折)；军⼈买票时是优先买票。再⽐如，同样是动物叫的⼀个⾏为(函数)，传猫对象过去，就是”(>ω<)喵“，传狗对象过去，就是"汪汪"。
多态的定义及实现
多态的构成条件
多态是⼀个继承关系的下的类对象，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对象优惠买票。
实现多态还有两个必须重要条件：
1.必须基类指针或者引⽤调⽤虚函数
2.被调⽤的函数必须是虚函数。
说明：要实现多态效果，第⼀必须是基类的指针或引⽤,第⼆派⽣类必须对基类的虚函数重写/覆盖，重写或者覆盖了，派⽣类才能有不同的函数，多态的不同形态效果才能达到。
class Person
{
public:virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }//基类的virtual必须要加
};class Student : public Person {
public:void BuyTicket() { cout << "买票-打折" << endl; }//派生类的virtual可以不写，但不规范
};void Func(Person& ptr)//或者是基类的指针
{
// 这⾥可以看到虽然都是Person指针Ptr在调⽤BuyTicket // 但是跟ptr没关系，⽽是由ptr指向的对象决定的。 ptr.BuyTicket();
}int main()
{Person ps;Student st;Func(ps);Func(st);return 0;
}
析构函数的重写
基类的析构函数为虚函数，此时派⽣类析构涵数只要定义，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成destructor，所以基类的析构函数加了vialtual修饰，派⽣类的析构函数就构成重写。
class A
{
public:virtual ~A(){cout << "~A()" << endl;}
};
class B : public A {
public:~B(){ cout << "~B()->delete:"<<_p<< endl;delete _p;}
protected:int* _p = new int[10];
};
// 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()
{A* p1 = new A;A* p2 = new B;delete p1;delete p2;return 0;
}
如果~A()，不加virtual，那么deletep2时只调⽤的A的析构函数，没有调⽤B的析构函数，就会导致内存泄漏问题，因为~B()中在释放资源。
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，可以帮助⽤⼾检测是否重写。如果我们不想让派⽣类重写这个虚函数，那么可以⽤final去修饰。
// error C3668: “Benz::Drive”: 包含重写说明符“override”的⽅法没有重写任何基类⽅法
class Car {
public:virtual void Dirve(){}
};
class Benz :public Car {
public:virtual void Drive() override { cout << "Benz-舒适" << endl; }
};
int main()
{return 0;
}
// error C3248: “Car::Drive”: 声明为“final”的函数⽆法被“Benz::Drive”重写
class Car
{
public:virtual void Drive() final {}
};
class Benz :public Car
{
public:virtual void Drive() { cout << "Benz-舒适" << endl; }
};
int main()
{return 0;}
重载/重写/隐藏的对⽐
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。
class Car
{
public:
//纯虚函数virtual void Drive() = 0;
};
class Benz :public Car
{
public:virtual void Drive(){cout << "Benz-舒适" << endl;}
};
class BMW :public Car
{
public:virtual void Drive(){cout << "BMW-操控" << endl;}
};
int main()
{// 编译报错：error C2259: “Car”: ⽆法实例化抽象类 Car car;Car* pBenz = new Benz;//BenspBenz->Drive();Car* pBMW = new BMW;pBMW->Drive();return 0;
}
多态的原理
虚函数表指针
class Base
{
public:virtual void Func1(){cout << "Func1()" << endl;}
protected:int _b = 1;char _ch = 'x';
};
int main()
{Base b;cout << sizeof(b) << endl;return 0;
}
上⾯题⽬运⾏结果，除了_b和_ch成员，还多⼀个__vfptr放在对象的前⾯(注意有些平台可能
会放到对象的最后⾯，这个跟平台有关)，对象中的这个指针我们叫做虚函数表指针(v代表virtual，f代表function)。⼀个含有虚函数的类中都⾄少都有⼀个虚函数表指针，因为⼀个类所有虚函数的地址要被放到这个类对象的虚函数表中，虚函数表也简称虚表。
虚函数表
1.基类对象的虚函数表中存放基类所有虚函数的地址。
(同类型对象虚表共用，不同类型虚表独立）
2.派⽣类由两部分构成，继承下来的基类和⾃⼰的成员，⼀般情况下，继承下来的基类中有虚函数表指针，⾃⼰就不会再⽣成虚函数表指针。但是要注意的这⾥继承下来的基类部分虚函数表指针和基类对象的虚函数表指针不是同⼀个
3.派⽣类中重写的基类的虚函数，派⽣类的虚函数表中对应的虚函数就会被覆盖成派⽣类重写的虚函数地址。
4.派⽣类的虚函数表中包含，基类的虚函数地址，派⽣类重写的虚函数地址，派⽣类⾃⼰的虚函数地址三个部分。
5.虚函数表本质是⼀个存虚函数指针的指针数组，⼀般情况这个数组最后⾯放了⼀个0x00000000标记。(这个C++并没有进⾏规定，各个编译器⾃⾏定义的，vs系列编译器会再后⾯放个0x00000000标记，g++系列编译不会放)
6.虚函数存在哪的？虚函数和普通函数⼀样的，编译好后是⼀段指令，都是存在代码段的，只是虚函数的地址⼜存到了虚表中。
多态的原理
从底层的⻆度Func函数中ptr->BuyTicket()，是如何作为ptr指向Person对象调用Person::BuyTicket，ptr指向Student对象调⽤Student::BuyTicket的呢？
class Person {
public:void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
protected:string _name;
};class Student : public Person {
public:virtual void BuyTicket() { cout << "买票-打折" << endl; }protected:int _id;
};class Soldier : public Person {
public:virtual void BuyTicket() { cout << "买票-优先" << endl; }protected:string _codename; // 代号
};void Func(Person* ptr)
{// 这里可以看到虽然都是Person指针Ptr在调用BuyTicket// 但是跟ptr没关系，而是由ptr指向的对象决定的。ptr->BuyTicket();
}int main()
{// 其次多态不仅仅发生在派生类对象之间，多个派生类继承基类，重写虚函数后// 多态也会发生在多个派生类之间。Person ps;Student st;Soldier sr;//指向谁，调用谁//指向那个对象，运行时，到指向对象的虚函数表中找到对应的虚函数地址，进行调用Func(&ps);Func(&st);Func(&sr);return 0;
}
运⾏时到指向的对象的虚表中确定对应的虚函数的地址，这样就实现了指针或引⽤指向基类就调⽤基类的虚函数，指向派⽣类就调⽤派⽣类对应的虚函数。
动态绑定和静态绑定
静态绑定：对不满⾜多态条件(指针或者引⽤+调⽤虚函数)的函数调⽤是在编译时绑定，也就是编译时确定调⽤函数的地址。
动态绑定：满⾜多态条件的函数调⽤是在运⾏时绑定，也就是在运⾏时到指向对象的虚函数表中找到调⽤函数的地址。