C++——多态

1. 多态的概念

概念：通俗一点，就是多种形态。具体一点，就是当完成某个行为时，不同的对象去完成会
产生出不同的状态。

举个例子：比如买票这个行为，未成年人买票会打折；普通成年人要全价买；残疾人或者军人可以优先买票等。再比如，动物“叫”这个行为，它们叫的声音大都不同。

2. 虚函数和重写

被virtual修饰的成员函数为虚函数。

class Person 
{
public:virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};

BuyTicket就是一个虚函数。

虚函数的重写(覆盖)：在派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数(即派生类虚函数与基类虚函数的返回值类型、函数名字、参数列表完全相同)，称派生类的虚函数重写了基类的虚函数。

class Person 
{
public:virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};class Student : public Person 
{
public:virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }
};

Student类重写了Person类的虚函数。

3. 多态的定义和实现

定义：在不同继承关系的类的对象，去调用同一函数，产生了不同的行为。称为多态。
比如

实现：要构成需要两个条件：

1. 必须通过基类的指针或引用调用虚函数
2. 被调用的函数必须是虚函数，且派生类必须对基类的虚函数进行重写

class Person 
{
public:virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};class Student : public Person 
{
public:virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }
};void test(Person& p)
{p.BuyTicket();
}int main()
{Person p;Student s;test(p);test(s);return 0;
}

运行结果如下

接口继承和实现继承
普通函数的继承是一种实现继承，派生类继承了基类函数，可以使用函数，继承的是函数的实
现。虚函数的继承是一种接口继承，派生类继承的是基类虚函数的接口，目的是为了重写，达成多态，继承的是接口，重写的是实现。所以如果不实现多态，不要把函数定义成虚函数。

这里有两个例题，可以帮助理解多态

class A
{
public:A() :m_iVal(0) { test(); }virtual void func() {std::cout << m_iVal << ' ';}void test() { func(); }public:int m_iVal;
};class B : public A
{
public:B() {test(); }virtual void func(){++m_iVal;std::cout << m_iVal << ' ';}
};int main()
{A* p = new B;p->test();return 0;
}

运行结果为：0 1 2
解析：

第二题

class A
{
public:virtual void func(int val = 1) { std::cout << "A->" << val << std::endl; }virtual void test() {func();}
};class B : public A
{
public:void func(int val = 0){ std::cout << "B->" << val << std::endl; }
};int main()
{B* p = new B;p->test();return 0;
}

运行结果为：B->1
解析：

4. 抽象类

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。纯虚函数规范了派生类必须重写，另外纯虚函数更体现出了接口继承。

class A
{
public:virtual void func() = 0 //纯虚函数{std::cout << "A" << std::endl;}virtual void test(){func();}
};class B : public A
{
public:void func(){std::cout << "B"<< std::endl;}
};int main()
{//A a; 包含纯虚函数，不能实例化对象B a;return 0;
}

A类就是一个抽象类，只有B类重写了func函数后，才能实例化出对象。

5. 多态的原理

5.1 虚函数表

class A
{
public:virtual void func(){std::cout << "A" << std::endl;}
private:int _a;
};class B : public A
{
public:void func(){std::cout << "B" << std::endl;}
};int main()
{A a;B b;cout << sizeof(A) << endl;cout << sizeof(B) << endl;return 0;
}

这段代码在32位平台下运行是两个8。说明除了_a成员，还有别的成员。

除了_a成员，还有一个_vfptr的成员，它是一个指针，叫做虚函数表指针，指向一个虚函数表。一个含有虚函数的类中都至少都有一个虚函数表指针，因为虚函数的地址要被放到虚函数表中，虚函数表也简称虚表。

class Base
{
public:virtual void Func1(){cout << "Base::Func1()" << endl;}virtual void Func2(){cout << "Base::Func2()" << endl;}void Func3(){cout << "Base::Func3()" << endl;}
private:int _b = 1;
};
class Derive : public Base
{
public:virtual void Func1(){cout << "Derive::Func1()" << endl;}private:int _d = 2;
};int main()
{Base b;Derive d;return 0;
}

Base是基类，Derive是继承了Base的派生类。Derive重写了func1。调试观察两个对象内的成员以及虚函数表的内容。

通过观察，可以发现这样几个问题

1. 派生类对象d中也有一个虚表指针，d对象由两部分构成，一部分是父类继承下来的成员，另一部分是自己的成员。
2. 基类b对象和派生类d对象的虚表是不一样的，这里Func1完成了重写，所以d的虚表中存的是重写的Derive::Func1的地址，所以虚函数的重写也叫作覆盖，覆盖就是指虚表中虚函数的覆盖。重写是语法的叫法，覆盖是原理层的叫法。
3. Func2继承下来后是虚函数，所以放进了虚表，Func3也继承下来了，但是不是虚函
   数，所以不会放进虚表。

5.2 原理

调用虚函数时，指针指向父类就会去父类的虚表内找函数地址，调用对应函数。指向子类就会去子类的虚表内找函数地址，调用对应函数。