本篇總結(jié)C++中多態(tài)的基本內(nèi)容和原理實(shí)現(xiàn)和一些邊角內(nèi)容

多態(tài)的概念

首先要清楚多態(tài)是什么，是用來做什么的？

多態(tài)從字面意思來講，就是多種形態(tài)，完成一個(gè)事情，不同的人去完成會(huì)有不同的結(jié)果和狀態(tài)，這樣的情況就叫做多態(tài)

多態(tài)的定義

多態(tài)是不同繼承關(guān)系的類對(duì)象，在調(diào)用一個(gè)函數(shù)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生不同的行為，比如同樣是買票這個(gè)操作，普通人就是全票，學(xué)生就是半票，本篇的例子也會(huì)從這個(gè)例子出發(fā)，進(jìn)行多態(tài)中具體的距離和深層次的理解

構(gòu)成多態(tài)的條件：

1. 必須通過基類的指針或者引用調(diào)用虛函數(shù)
2. 被調(diào)用的函數(shù)必須是虛函數(shù)，并且派生類要對(duì)基類的虛函數(shù)進(jìn)行重寫

#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "普通票全價(jià)" << endl;
	}
};

class Student :public Person
{
public:
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "學(xué)生票半價(jià)" << endl;
	}
};

void func(Person& p)
{
	p.BuyTicket();
}

int main()
{
	Person p;
	Student s;
	func(p);
	func(s);
}

上面是對(duì)多態(tài)的最初始定義，也是很基礎(chǔ)的定義，從中可以看出多態(tài)的基本用法和實(shí)現(xiàn)的功能

虛函數(shù)

虛函數(shù)的定義：

虛函數(shù)通俗來說，就是被virtual修飾的類成員函數(shù)就是虛函數(shù)

虛函數(shù)的重寫：

虛函數(shù)的重寫就是，當(dāng)派生類中有一個(gè)和基類完全相同的虛函數(shù)，那么就稱之為子類的虛函數(shù)重寫了基類的虛函數(shù)，雖然子類可以不加virtual，但是并不標(biāo)準(zhǔn)，最好加上

虛函數(shù)的例外：

1. 協(xié)變
   協(xié)變就是，派生類重寫基類虛函數(shù)的時(shí)候，與基類虛函數(shù)返回值類型不同，比如基類的虛函數(shù)返回的是基類成員的指針和引用，派生類返回的是指針和引用的時(shí)候，也算是虛函數(shù)重寫，這種情況就叫做協(xié)變

2. 析構(gòu)函數(shù)重寫
   如果基類的析構(gòu)函數(shù)是虛函數(shù)，那么派生類的析構(gòu)函數(shù)默認(rèn)會(huì)和基類的析構(gòu)函數(shù)構(gòu)成重寫，雖然名字和函數(shù)名不同，但是依舊是，這是因?yàn)榫幾g器進(jìn)行編譯后，把析構(gòu)函數(shù)的名稱統(tǒng)一處理為destructor，這樣也算是重寫

class Person
{
public:
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "普通票全價(jià)" << endl;
	}
	virtual Person* f()
	{
		return new Person;
	}
	virtual ~Person()
	{
		cout << "~Person()" << endl;
	}
};

class Student :public Person
{
public:
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "學(xué)生票半價(jià)" << endl;
	}
	virtual Student* f()
	{
		return new Student;
	}
	virtual ~Student()
	{
		cout << "~Student()" << endl;
	}
};

void func(Person& p)
{
	p.BuyTicket();
}

override和final關(guān)鍵字

C++11中，引入了兩個(gè)關(guān)鍵字，這兩個(gè)關(guān)鍵字就是用來輔助進(jìn)行虛函數(shù)多態(tài)的多種復(fù)雜情形，避免出現(xiàn)疏忽而導(dǎo)致錯(cuò)誤的情況出現(xiàn)：

final：修飾虛函數(shù)，表示這個(gè)虛函數(shù)不能被重寫了

class Student :public Person
{
public:
	virtual void BuyTicket() final
	{
		cout << "學(xué)生票半價(jià)" << endl;
	}
	virtual Student* f()
	{
		return new Student;
	}
	virtual ~Student()
	{
		cout << "~Student()" << endl;
	}
};

class Child :public Student
{
public:
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "小孩免票" << endl;
	}
};

override：檢查派生類虛函數(shù)是否重寫了基類某個(gè)虛函數(shù)，如果沒有就報(bào)錯(cuò)

class Person
{
public:
	/*virtual*/ void BuyTicket()
	{
		cout << "普通票全價(jià)" << endl;
	}
	virtual Person* f()
	{
		return new Person;
	}
	virtual ~Person()
	{
		cout << "~Person()" << endl;
	}
};

class Student :public Person
{
public:
	virtual void BuyTicket() override
	{
		cout << "學(xué)生票半價(jià)" << endl;
	}
	virtual Student* f()
	{
		return new Student;
	}
	virtual ~Student()
	{
		cout << "~Student()" << endl;
	}
};

class Child :public Student
{
public:
	virtual void BuyTicket() override
	{
		cout << "小孩免票" << endl;
	}
};

void func(Person& p)
{
	p.BuyTicket();
}

多態(tài)在使用的過程中是十分復(fù)雜的，因此使用時(shí)需要注意邏輯能否清楚的表示，可能只是稍微變了一點(diǎn)點(diǎn)內(nèi)容，就使得整個(gè)意思全然變換，下面對(duì)比一下繼承多態(tài)中的一些概念：

重載、覆蓋、隱藏

1. 重載指的是，函數(shù)名在一個(gè)作用域，并且函數(shù)名相同，參數(shù)不同的情況，那么這兩個(gè)函數(shù)就構(gòu)成了函數(shù)重載，編譯器在進(jìn)行處理的時(shí)候會(huì)根據(jù)參數(shù)形成不同的函數(shù)表，由此來對(duì)應(yīng)不同的情況
2. 重寫指的是，兩個(gè)函數(shù)在基類和派生類的作用域下，前提是函數(shù)名、參數(shù)、返回值都一樣的情況下，如果是虛函數(shù)，那么就構(gòu)成了重寫，其中子類可以不寫virtual，可以理解為虛函數(shù)的屬性被從基類中繼承了下來，但是并不推薦這樣寫，其中要注意特殊情況，比如協(xié)變和析構(gòu)函數(shù)的情況
3. 隱藏指的是，兩個(gè)函數(shù)在基類和派生類的作用域下，當(dāng)函數(shù)名相同的時(shí)候，如果不符合重寫的定義那么就是重定義了，比如在繼承中見到的很多種情況

抽象類

抽象類的定義

在虛函數(shù)后面寫上等于0，就說明這個(gè)函數(shù)是純虛函數(shù)，有純虛函數(shù)的類就叫做抽象類，抽象類的特點(diǎn)是不可以實(shí)例化出一個(gè)具體的對(duì)象，而派生類被繼承后也不能實(shí)例化對(duì)象，只有在重寫了虛函數(shù)的前提下，才能實(shí)例化對(duì)象

純虛函數(shù)體現(xiàn)了派生類要重寫的這個(gè)規(guī)則，同時(shí)也體現(xiàn)出了接口繼承的概念

接口繼承和實(shí)現(xiàn)繼承

1. 接口繼承（Interface Inheritance）是指從一個(gè)純虛基類（pure virtual base class）繼承而來，目的是為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)類的接口，使得派生類必須實(shí)現(xiàn)該接口中定義的所有純虛函數(shù)。接口繼承的主要目的是實(shí)現(xiàn)類的接口復(fù)用，它并不關(guān)心實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。在接口繼承中，派生類只需要實(shí)現(xiàn)基類中定義的純虛函數(shù)，不需要關(guān)心基類中其他的數(shù)據(jù)和函數(shù)

class Shape 
{
public:
    virtual void draw() = 0; // 純虛函數(shù)
};

class Circle : public Shape 
{
public:
    void draw() override 
    {
        // 實(shí)現(xiàn)圓形的繪制
    }
};

class Square : public Shape 
{
public:
    void draw() override 
    {
        // 實(shí)現(xiàn)正方形的繪制
    }
};

2. 實(shí)現(xiàn)繼承（Implementation Inheritance）是指從一個(gè)普通的基類（非純虛基類）繼承而來，目的是為了實(shí)現(xiàn)基類中已有的函數(shù)或數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)繼承的主要目的是實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用，它關(guān)心基類中的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。在實(shí)現(xiàn)繼承中，派生類會(huì)繼承基類中所有的成員函數(shù)和數(shù)據(jù)成員，并且可以重寫這些函數(shù)以改變它們的行為

class Person 
{
public:
    void sayHello() 
    {
        std::cout << "Hello, I am a person." << std::endl;
    }
};

class Student : public Person 
{
public:
    void sayHello() override 
    {
        std::cout << "Hello, I am a student." << std::endl;
    }
};

int main() 
{
    Student s;
    s.sayHello(); // 輸出: "Hello, I am a student."
    return 0;
}

接口繼承是指派生類只繼承了基類的接口（也就是純虛函數(shù)），而沒有繼承基類的實(shí)現(xiàn)。這種方式使得派生類必須實(shí)現(xiàn)基類中的所有純虛函數(shù)，從而使得派生類和基類的實(shí)現(xiàn)是分離的，實(shí)現(xiàn)了接口和實(shí)現(xiàn)的分離。這種繼承方式常常用于實(shí)現(xiàn)抽象類和接口，強(qiáng)制要求派生類實(shí)現(xiàn)接口中的所有函數(shù)

實(shí)現(xiàn)繼承是指派生類繼承了基類的接口和實(shí)現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)成員和函數(shù)實(shí)現(xiàn)。這種方式使得派生類可以復(fù)用基類的代碼，從而減少了代碼的重復(fù)編寫，同時(shí)也保證了派生類和基類的一致性。但是，這也意味著派生類和基類的實(shí)現(xiàn)是緊密耦合的，基類的修改可能會(huì)影響到派生類的行為

多態(tài)的原理解析

虛函數(shù)表

對(duì)于一個(gè)使用了多態(tài)的類，創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象看其內(nèi)部的內(nèi)容：

會(huì)發(fā)現(xiàn)這當(dāng)中和預(yù)想的結(jié)果并不一樣，原因就在于這當(dāng)中多了一個(gè)數(shù)組，這個(gè)指針數(shù)組實(shí)際上是叫做虛函數(shù)表指針數(shù)組，嚴(yán)格意義來說，這個(gè)數(shù)組中存放的是虛函數(shù)的函數(shù)地址，虛函數(shù)表也叫做虛表，那么問題來了：為什么要這么設(shè)計(jì)呢？

下面來做實(shí)驗(yàn)，對(duì)前面的類進(jìn)行改造：

在Person類中加一個(gè)虛函數(shù)和一個(gè)普通函數(shù)，而在Student類中只重寫一個(gè)虛函數(shù)：

class Person
{
public:
	// Person類中有兩個(gè)虛函數(shù)和一個(gè)普通函數(shù)
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "普通票全價(jià)" << endl;
	}
	virtual void func1()
	{
		cout << "void func1()" << endl;
	}
	void func2()
	{
		cout << "void func2()" << endl;
	}
private:
	int _person; // 定義一個(gè)變量
};

class Student :public Person
{
	// 繼承類中只重寫一個(gè)虛函數(shù)，剩下的不進(jìn)行重寫
public:
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "學(xué)生票半價(jià)" << endl;
	}
private:
	int _student; // 定義一個(gè)變量
};

void func(Person& p)
{
	p.BuyTicket();
}

int main()
{
	Person p;
	Student s;
	func(p);
	func(s);
}

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析得出下面的結(jié)論：

1. 派生類的Student對(duì)象中也有一個(gè)虛表指針，其中是由兩個(gè)部分組成的，一個(gè)是父類成員和自己的成員，虛表指針中也是存在的一部分是自己的成員
2. 在基類和派生類中的虛表地址是不一樣的，但是在虛表的具體內(nèi)部中會(huì)發(fā)現(xiàn)，有一個(gè)函數(shù)指針地址是一樣的，還有一個(gè)不一樣，那么說明在Student類中重寫的函數(shù)發(fā)生了改變，因此虛函數(shù)的重寫才叫做覆蓋，覆蓋指的就是虛表中對(duì)于虛函數(shù)的覆蓋
3. 對(duì)于虛表內(nèi)的內(nèi)容，只有被繼承下來的虛函數(shù)才會(huì)放到虛表中，其余函數(shù)不會(huì)放入虛表中
4. 虛函數(shù)表本質(zhì)上就是一個(gè)存放虛函數(shù)指針的指針數(shù)組，這與一開始的結(jié)論是一樣的

虛函數(shù)表的生成過程：

1. 基類中的虛表拷貝到派生類的虛表中
2. 如果派生類中重寫了虛表的某個(gè)函數(shù)，那么就進(jìn)行覆蓋的過程
3. 派生類自己新有的虛函數(shù)按照在類內(nèi)的次序放到派生類虛表的最后

虛函數(shù)和虛表的存儲(chǔ)位置：

虛函數(shù)存放在虛表，虛表存放在對(duì)象中，這樣的回答是錯(cuò)誤的！

虛表中存的是虛函數(shù)的指針，并不是虛函數(shù)，虛函數(shù)和普通的函數(shù)是一樣的，都是存放在代碼段中，只是將它的指針放到了虛表中，而在對(duì)象中存放的是虛表的指針，也不是虛表，虛表在vs下也是存放在代碼段的位置中

多態(tài)的調(diào)用原理：

在知道了虛表的存在和原理后，其實(shí)可以理解前面的一些內(nèi)容了

當(dāng)指向的對(duì)象是Person類的時(shí)候，此時(shí)會(huì)在Person類的虛表中找到對(duì)應(yīng)的函數(shù)并進(jìn)行調(diào)用，當(dāng)對(duì)象是Student類的時(shí)候，原理相同，借助這個(gè)原理就實(shí)現(xiàn)了多態(tài)，用不同的對(duì)象去運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，而多態(tài)的函數(shù)調(diào)用也不是直接確認(rèn)的，而是在運(yùn)行的過程中，在對(duì)象的內(nèi)部自動(dòng)取識(shí)別，去獲取的

動(dòng)態(tài)綁定和靜態(tài)綁定

靜態(tài)綁定也叫做前期綁定或者是早綁定：在程序編譯期間就確定了程序的行為，也叫做靜態(tài)多態(tài)，比如說函數(shù)重載就是比較典型的例子

動(dòng)態(tài)綁定也叫做后期綁定或者是晚綁定：在程序運(yùn)行期間，根據(jù)具體拿到的類型來確定程序的具體行為和調(diào)用的具體函數(shù)，比如說動(dòng)態(tài)多態(tài)就是這樣的例子文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-718979.html

到了這里，關(guān)于C++：多態(tài)的內(nèi)容和底層原理的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！