今天，带来C++多态的讲解。

多态和继承并用，能产生“魔法般的效果”。

*文中不足错漏之处望请斧正！

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见见多态

是什么

使得父类指针或引用有多种形态。

怎么使它有多种形态呢？咱们先见见猪跑。

见见猪跑

class Base
{
public:virtual void print() { cout << "Base" << endl;}
};class Derive1 : public Base
{
public:virtual void print() { cout << "Derive1" << endl;}
};class Derive2 : public Base
{
public:virtual void print() { cout << "Derive2" << endl;}
};int main()
{Base b;Derive1 d1;Derive2 d2;Base* ptr;ptr = &b;ptr->print();ptr = &d1;ptr->print();ptr = &d2;ptr->print();return 0;
}

Base
Derive1
Derive2

父类指针，存父类对象地址，就能调用父类中的print，存子类对象地址，就能调用子类中的print，拥有了多种形态。

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多态的实现

满足多态的前提：子类对父类的虚函数完成重写。

啥是虚函数，啥是重写？

虚函数

虚函数是被virtual修饰的成员函数。可以理解为一种对函数体的泛化。

在声明虚函数的域，默认有一份实例；在此域之外，你可以对虚函数“实例化”，得到新的一份实例。

其作用是实现多态性。

重写/覆盖

重写就是“实例化”虚函数，可以产生新的“虚函数实例”，会把原来的实例覆盖掉。

• 对虚函数重写的条件：[函数名、返回值、参数]和父类的虚函数相同
• *重写的仅仅是函数体，重写前后接口是一样的
• 例外
  • 子类的虚函数可以不写virtual
  • 协变：返回值可以是任意父子类关系的指针/引用

class Base
{
public:virtual void print() { cout << "Base" << endl;} 
};class Derive1 : public Base
{
public:virtual void print() { cout << "Derive1" << endl;}
};class Derive2 : public Base
{
public:virtual void print() { cout << "Derive2" << endl;}
};

int main()
{Base b;Derive1 d1;Derive2 d2;Base* ptr;ptr = &b;ptr->print();ptr = &d1;ptr->print();ptr = &d2;ptr->print();return 0;
}

• print这个虚函数默认有一份实例，它的函数体功能是打印"Base"的
• print这个虚函数在Derive1中被重写了，这份新的实例把原来默认的覆盖了，它的函数体功能是打印”Derive1”的
• print这个虚函数在Derive2中被重写了，这份新的实例把原来默认的覆盖了，它的函数体功能是打印”Derive2”的

如果不重写呢？

class Base
{
public:virtual void print() { cout << "Base" << endl;}
};class Derive1 : public Base
{
public:
//    virtual void print() { cout << "Derive1" << endl;}
};class Derive2 : public Base
{
public:
//    virtual void print() { cout << "Derive2" << endl;}
};

main函数不变，结果如下：

Base
Base
Base

看上面这个调用的手法，有个疑问：它是怎么知道调用哪个虚函数的实例的？

这就要说到虚函数表了。

虚函数表

有虚函数的类，其对象都会存一个虚函数表指针vptr，虚函数表vtable是干嘛的？

虚函数表是一个类的虚函数地址表，存放了这个类对某个虚函数的所有实例（对虚函数进行重写的到的真实函数）的地址。说白了，某个类对一个虚函数的实例，是用虚函数表来描述和组织起来的。

• 为提高效率，这个可能高频访问的虚表（虚函数表）指针一般放在对象的头4/8个字节。
• 按我们的说法，虚函数表描述的是整个类对某个虚函数的实例，因此它就像类的static成员一样，属于整个类，所以存放在代码段

大概过程：

1. 创建类对象（对象的头4/8个字节存了一个虚表指针）
2. 调用对象的某个虚函数实例
3. 根据虚表来找到当前类对这个虚函数的实例

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普通调用和多态调用

普通调用也叫静态绑定，多态调用也叫动态绑定。

静态绑定：编译时通过调用方类型确定调用的函数
动态绑定：运行时通过父类指针指向的对象类型确定调用的函数

• 用父类指针或引用调用被重写的虚函数是动态绑定
• 其他都是静态绑定

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多态中的析构函数

若在继承中出现这样的情况：

1. 动态申请对象
2. 子类没有重写析构函数（静态绑定）

则delete动态对象的空间时，析构调用不完全——只会根据指针类型静态绑定，只调用父类的析构。

class Base
{
public:~Base(){cout << "~Base()" << endl;delete[] _pb;}
private:int* _pb = new int[10];
};class Derive : public Base
{
public:~Derive(){cout << "~Derive()" << endl;delete[] _pd;}
private:int* _pd = new int[20];
};int main()
{Base* ptr = new Derive;delete ptr;
}

~Base()

可以看到，只会调用父类析构。

静态绑定不行，我们来动态绑定，多态上场。

class Base
{
public:virtual ~Base(){cout << "~Base()" << endl;delete[] _pb;}
private:int* _pb = new int[10];
};class Derive : public Base
{
public:~Derive() //此处可以不用写virtual，这是子类可以不用写virtual的一种使用场景{cout << "~Derive()" << endl;delete[] _pd;}
private:int* _pd = new int[20];
};int main()
{Base* ptr = new Derive;delete ptr;
}

~Derive()
~Base()

满足了多态，调用完父类析构之后就会自动调用子类析构，成功解决。

Destructor

我们之前提到继承中的析构函数名都会被处理成Destructor，为了能够满足重写的条件。

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继承中的对象模型

1. 单继承（无重写）的虚函数表：
   1. 虚函数按照其声明顺序放于表中
   2. 父类的虚函数在子类的虚函数前面
2. 单继承（有重写）的虚函数表
   1. 被重写的虚函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置（所以调用的时候不会跑去调用父类的，而是调用自己的）
   2. 没有被覆盖的函数依旧
3. 多继承（无重写）的虚函数表
   1. 每个父类都有自己的虚表
   2. 子类的成员函数被放到了第一个父类的表中（所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的）

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final和override

final

表明类不能被继承。

设计一个不能被继承的类

1. final修饰类

class A final {};class B : public A {};int main()
{B b; //A被final修饰，无法被继承return 0;
}

2. 构造私有化——子类想实例化必须调用父类构造。

class A
{
private:A() {}
};class B : public A {};int main()
{B b; //A的构造是私有，实例B需要调用A的析构，调不动，所以A无法被继承return 0;
}

override

override可以检查子类虚函数是否和父类的某个虚函数构成重写，或者强制要求某个函数被重写（需要重写的就都带上）。

//override：检查子类的虚函数是否完成重写
class Car
{
public:void Drive() {}
};class Benz : public Car
{
public://err：'Drive' marked 'override' but does not override any member functionsvirtual void Drive() override { cout << "Benz->comfortable" << endl; }
};int main()
{Benz mycar;mycar.Drive();return 0;
}

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抽象类

先导：纯虚函数

是什么：虚函数后写上0，不需要函数体的虚函数。（可以有函数体，但不会被执行）

virtual void func() = 0;

是什么

有纯虚函数的类。

为什么

用于接口继承。

• 接口继承：主要是为了让子类重写，形成多态
• 实现继承：主要是为了复用函数体

class Car
{
public:virtual void Drive() = 0;
};class BMW : public Car
{
public:virtual void Drive(){cout << "驾驶乐趣+1" << endl;}
};int main()
{BMW mycar;mycar.Drive();return 0;
}

特性

• 抽象类不能实例化出对象
• 若想实例化对象，必须重写纯虚函数（这样就不是抽象类了）
• 子类继承了抽象类也还是抽象类

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今天的分享就到这里了，感谢您能看到这里。

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