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C++ 多态
2024-09-21 00:00:06基础资料围观144次
目录：
思维导图
一·多态概念
在我们日常生活中，买票这个行为对于我们来说再熟悉不过了。同样都是买票这一个行为，对于学生，成人，军人，残疾人……产生的结果却是不一样的。
其实这就是多态的一个体现。
多态，广义上讲，是多种形态；狭义上，是不同的主体执行相同的动作，最终产生的结果是不一样
的。
二· 多态的定义和实现
2.1构成条件
第一个条件：必须通过基类（父类）的指针或者引用来调用
第二个条件：虚函数重写：要求被调用的是虚函数，同时在子类里面已经对基类的虚函数进行了重
写。
2.2 虚函数
虚函数：对类的成员函数使用关键字 virtual 进行修饰。
2.3 虚函数重写（覆盖）
在子类的成员函数里面，有和父类的虚函数完全一样（符合三同：函数名字，函数的参数类型，函
数返回值类型）的一个虚函数，此时这个虚函数就完成了父类虚函数的重写。
注意：当父类的虚函数的参数采用缺省值的形式，在子类里面的虚函数的缺省值与父类不同，此时
也是符合虚函数重写的，但此时的缺省值使用的是父类的。
因为函数重写：只是继承父类的接口，重写的是函数体里面的具体实现的内容。
2.3.1 虚函数重写的2个特例
第一个：协变
协变：父类域子类的虚函数的返回值类型不同：父类虚函数返回值类型是父类的指针或者父类 的
引用，子类的虚函数返回值类型是子类的指针或者引用
第二个：析构函数
在继承体系里面，父子类的析构函数是构造虚函数重写的。无论子类的析构函数是否加上关键字 virtual 。
虽然此时析构函数的名字不一样（返回值类型，参数类型都保持一样），但在多态里面，编译器会
把析构函数处理成2部分：首先会把析构函数名字处理成 destructer（此时符合函数重写条件），
之后去调用 operator delete()函数，进行资源释放。这样可以保证对指针指向对象进行正确的释
放。
这也恰好说明析构函数调用为什么需要先子后父；
当 对父类指针进行堆空间申请的时候，new 子类对象，调用operator delete （），进行资源释
放，是根据指针类型进行free 的，此时free 的是一个父类指针，但new 的对象是一个子类的，因此
造成内存泄漏。
2.4 关键字 override ，final
override ，final 是在C++11 ，新出来的关键字。
C++对函数重写要求比较严格，当我们在函数重写不小心把函数名字 的字母顺序写反，就不能得
到预期的结果，但是编译器是不能检测出来的，直到运行结束后，通过对结果的分析，才能逐一确
定问题。
C++11提供了override和final两个关键字，可以帮助用户检测是否重写。
final ：修饰虚函数，表示该虚函数不能被重写。
override ： 检查子类的某个虚函数是否对父类的某个虚函数进行重写，若没有，编译报错。
2.5 重载，重写，重定义的区别
函数重载：必须在同一个作用域里面，要求函数名字一样，参数类型 或者参数的个数 或者参数的
顺序不同
函数重写（覆盖）：2个函数分别在父类和子类里面；要求三同；对虚函数完成重写
函数重定义（隐藏）：2个函数分别在父类和子类里面；只要求函数名字一样。
三· 抽象类
3.1 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。
3.2 函数的接口继承 和函数的实现继承
对于普通函数，子类继承的只是函数的实现；
对于虚函数的继承，子类继承的接口，对于虚函数的实现需要自己进行重写，从而实现多态。
所以说，要没有实现多态，不要把函数定义成虚函数。
四· 多态原理
4.1 虚函数表
对于这个问题，想必各位初始的答案也是 4字节吧！
借助调试，发现此时b 对象里面不仅仅存了-b这个成员，还有一个 _vfptr ,对应的类型是 void** 类
型的指针 。
最后结合对齐规则，Base 类型的大小就是8字节。
对齐规则不太了解的，可以康康此篇博客。对齐规则
_vfptr 是一个虚函数表指针，一个有虚函数的类至少有一个虚函数表指针，虚表用来存放虚函数地址的 。
4.2 多态的原理
4.2.1单继承的虚表
此时通过切片p 变为一个父类 Person 类型对象，在进行BuyTicket()函数调用的时候，编译器是如
何确定调用的是 子类的函数而不是父类的函数？
验证分析：
打开监视窗口，我们可以看到当前虚函数的地址以及对应具体哪一个类域的，同时借助内存窗
口，对当前的对象进行取地址（&s）,就可以看到一个虚函数表指针，借助这个虚函数指针找到虚
表，进而找到对应的虚函数地址（注意在VS 下，对于一个虚函数指针数组的存放默认以0结束或
者是nullptr）
1）父类的虚表与子类的虚表是不同的
2）父类显示写了虚函数，子类没有显示的写虚函数，此时2者的虚表也不一样。
3）对于单继承来说，子类的虚表只有一个。
4）同一个类的虚函数表是一样的，不同类的虚函数表不同
5）多态的条件之一是父类的指针或者引用（不能是父类的对象）
假设是父类的对象调用，此时在进行传参的时候，也会把子类的虚函数表拷贝过去，这时候不能保
证这个虚函数表一定全部就是父类的虚函数
4.3 动态绑定与静态绑定
1. 静态绑定又称为前期绑定(早绑定)，在程序编译期间确定了程序的行为，也称为静态多态，比
如：函数重载
2. 动态绑定又称后期绑定(晚绑定)，是在程序运行期间，根据具体拿到的类型确定程序的具体行
为，调用具体的函数，也称为动态多态。
五· 虚函数表
5.1 多继承的虚函数表
对于多继承，子类的虚表是有一个还是多个？
子类的虚表：有多个；有几个父类同时每一个父类都有虚函数，那么就有几个虚表。
分析：
// 多继承
class Base1 {
public:
virtual void func1() { cout << "Base1::func1" << endl; }
virtual void func2() { cout << "Base1::func2" << endl; }
private:
int b1;
};
class Base2 {
public:
virtual void func1() { cout << "Base2::func1" << endl; }
virtual void func2() { cout << "Base2::func2" << endl; }
private:
int b2;
};
class Derive : public Base1, public Base2 {
public:
virtual void func1()
{
cout << "Derive::func1" << endl;
}
virtual void func3() { cout << "Derive::func3" << endl; }
private:
int d1;
};
typedef void (*VFUNC)(); // 对虚函数指针进行重命名为 VFUNC
//打印一下虚函数表的地址
void Print(VFUNC* p)
{
for (int i = 0; p[i] != 0; i++)
{
printf("[%d]%p->", i, p[i]);//虚函数地址
VFUNC f = p[i];
f();//进一步验证是否为当前类型的虚函数
}
cout << endl;
}
借助监视窗口，发现确实是有2张虚表。
但是此时子类的虚函数为什么没有，是不是子类的虚函数没有进行存储？
其实不是这样的：编译器为了方便用户的观察，进行了优化。这时需要借助内存窗口来进一步探究。
我们方向此时b 对象确实是有3个虚函数地址，这也就说明了，子类的虚函数确实是存在的
5.1.1 为何相同函数的地址不一样
分析：
从画图角度分析：
从汇编角度分析：
eax 是一个寄存器：在当前情况下，存放的是一个地址
其实在底层调用的是同一个对象的函数（Derive::func1()）
5.2 菱形继承和虚拟继承
对于菱形继承以及菱形虚拟继承在底层实现较为复杂，而且访问父类的成员在性能上代价较大，在
实际应用上用途不大，这里就不做详细讲解，感兴趣的友友们，可以康康以下大佬的博客
六· 多态想关的面试题
1. inline 函数可以是虚函数吗？
可以；普通函数调用具有inline 属性；多态调用，不具有inline 属性。
2. static 函数 可以是虚函数吗？
不可以；static 的函数没有this 指针，通过类域进行调用，无法实现多态。
3. 构造函数可以是虚函数吗？
不可以；编译报错；对象的虚表指针是在调用构造函数的时候进行初始化的，构造函数如果支持多
态调用，就需要对虚表指针进行初始化。
4.析构函数一定是虚函数吗？
不一定，但是最好析构函数是虚函数；当一个父类指针 = new 子类对象的时候，此时析构函数只
有支持虚函数 的重写，才能正确进行资源释放。
5. 虚函数表存在哪里，又是在什么阶段完成的？
存放在代码段，在编译阶段完成的。
注意虚函数表指针在调用构造函数阶段完成的；虚函数表指针存放在代码段。
6. 普通函数调用快还是多态调用快？
都是普通函数调用的时候，效率一样；当多态调用的时候，多态要满一些，需要到虚表里面找到对
应的虚函数地址。
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