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【C++】12.多态（超详解）

news 2025/10/12 6:24:14

一、多态的概念

1.什么是多态？

通俗点说就是一个事物有多种形态，就是“—个接口，多种实现”，也就是说调用同一个接口，而产生不同的行为。

2.多态的分类

多态分为编译时多态（也叫静态多态）和运行时多态（也叫动态多态）。

①编译时多态(静态多态)主要是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，之所以叫编译时多态，是因为他们实参传给形参的参数匹配是在编译时完成的，我们把编译时⼀般归为静态，运⾏时归为动态。

②运⾏时多态

就是去完成某个⾏为(函数)，传不同的对象就会完成不同的⾏为，就达到多种形态。

比如：买车票这件事，有普通票，有学生票半价，军人优先买票等等。

二、多态的实现

1.两个必要条件（★）

必须是基类的指针或者引用调⽤虚函数
被调⽤的函数必须是虚函数，并且虚函数完成了重写/覆盖。

2.虚函数

虚函数，就是在成员函数前面加上virtual关键字。

class A
{
public://虚函数virtual void fun(){//...}
};

注意：

只能是成员函数，不是函数！不能在类外声明和定义
静态成员函数不能设置为虚函数，因为没有 this 指针，使用类型：：成员函数的调用方式无法访问虚函数表，所以静态成员函数无法放进虚函数表。

3.虚函数的重写/覆盖

子类中有⼀个跟父类完全相同的虚函数(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父类的虚函数。

子类的虚函数在不加virtual关键字时，虽然也可以构成重写，但为了更规范最好还是加上。

class A
{
public://虚函数virtual void fun(){//...}
};
class B : public A
{
public://虚函数重写virtual void fun(){//...}
};

4.一个选择题目

正确答案是B

可能很多人选的是D，取val=0，正确的流程是这样的

p->test() → 执行 A::test 的函数体 → A::test 中调用 func() → func 动态绑定到 B::func，且默认参数取 A::func 的 val = 1 → 执行 B::func(1) → 输出 B->1。

这里val很可能出错，默认参数是 “编译期静态绑定”—— 默认参数的值，由调用该函数的指针决定。

在 A::test 中调用 func() 时，this 的类型是 A*（因为 test 是 A 的成员函数），所以默认参数由 A 类的 func 决定，即 val = 1。

5.虚函数重写的两个例外

1) 协变（了解）

协变，指的是派生类重写基类虚函数时，与基类虚函数返回值类型不同，此时需要满足：基类虚函数的返回值是基类对象的指针或引用，派生类虚函数的返回值是派生类对象的指针或引用。

2)析构函数的重写

如果父类的析构函数为虚函数，此时子类析构函数只要定义，无论是否加 virtual 关键字，都与父类的析构函数构成重写，虽然函数名不同。看似违背重写规则，其实不然，因为实际上编译器统一将析构函数的名称处理为 destructor。这样函数名实际就是相同的。构成重写。

class A
{
public:~A(){cout << "~A()" << endl;}
};
class B : public A {
public:~B(){cout << "~B()->delete:"<<_p<< endl;delete _p;}
protected:int* _p = new int[10];
};int main()
{A* p1 = new A;A* p2 = new B;delete p1;delete p2;return 0;}

这个程序父类析构函数没有加virtual，运行结果是两个“ ~A() ”

我们创建了分别为A、B类型的两个对象，将它们的地址赋值给两个A*指针p1和p2。指针p1，它所指向的对象是A类型，对象销毁时直接调用A类型的析构函数；指针p2，它所指向的对象是B类型，B是A的子类，其在销毁时首先要调用子类析构，然后调用父类析构，但是程序并没有调用子类析构，导致内存泄漏。这是由于指向它的指针是A*类型，所以只会调用A的析构函数。

所以我们父类的析构函数最好设计成虚函数。

6.override 和 final关键字

C++对虚函数重写的要求较为严格，为防止因为函数名写错、参数不匹配等疏忽导致无法构成重写，这类错误在编译阶段不会报出，直到程序运行未达预期结果时才来调试。

C++11 提供了 override 关键字来帮助检测是否成功重写

class B : public A
{
public:virtual void Buy() override{//...}
};

final，修饰虚函数，表示该虚函数不能继承；

class A
{
public:virtual void Buy() final {// ... }
};

7.重载、重写、隐藏的对比

三、纯虚函数和抽象类

在虚函数的后⾯写上 =0 ，就成了纯虚函数。包含纯虚函数的类叫做抽象类

纯虚函数不需要定义实现

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。


class A
{
public://纯虚函数virtual void fun() = 0;
};

四、多态的实现原理

1.函数虚表

先看这段代码，请问类的大小是多少？

class Base
{
public:virtual void Func1(){cout << "Func1()" << endl;}
protected:int _a = 1;char _ch = 'x';
};
int main()
{Base b;cout << sizeof(b) << endl;return 0;
}