1.多态概念

多态(polymorphism)的概念：通俗来说，就是多种形态。多态分为编译时多态(静态多态)和运⾏时多 态(动态多态)，这⾥我们重点讲运⾏时多态，编译时多态(静态多态)和运⾏时多态(动态多态)。编译时 多态(静态多态)主要就是我们前⾯讲的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.多态的定义及实现

2.1多态的构成条件

多态是⼀个继承关系的下的类对象，去调⽤同⼀函数，产⽣了不同的⾏为。

2.1.1实现多态还有两个重要条件

• 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，并且完成了虚函数重写/覆盖。

说明：要实现多态效果，第⼀必须是基类的指针或引⽤，因为只有基类的指针或引⽤才能既指向基类 对象⼜指向派⽣类对象；第⼆派⽣类必须对基类的虚函数完成重写/覆盖，重写或者覆盖了，基类和派 ⽣类之间才能有不同的函数，多态的不同形态效果才能达到。

2.1.2 虚函数的重写/覆盖

虚函数的重写/覆盖：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。

 注意：在重写基类虚函数时，派⽣类的虚函数在不加virtual关键字时，虽然也可以构成重写(因为继承 后基类的虚函数被继承下来了在派⽣类依旧保持虚函数属性)，但是该种写法不是很规范，不建议这样 使⽤，不过在考试选择题中，经常会故意买这个坑，让你判断是否构成多态。

以下程序输出结果是什么（）

 A:A->0   B:B->1   C:A->1   D:B->0   E:编译出错   F:以上都不正确

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(int argc ,char* argv[])
 {
 B*p = new B;
 p->test();
 return 0;
 }

选B   解析：因为继承并不是把基类成员拷贝一份到派生类中，

这里test（）里参数为A*this,所以构成多态！！！

编译时，派生类对象调用成员函数时，先在派生类搜索，在去基类搜索

且 虚函数的默认参数不参与多态，即虽然 func() 是虚函数，但 默认参数值在编译时就决定了 ，取决于 声明该函数的类 （即 A ）。

- 函数体： B::func() 被调用 
- 默认参数： val = 1 （来自 A 的定义，不是 B 的 0）

注意：如果题改成p->func(),则答案为D，这里就变为调用B的普通函数，就不构成多态，因为没有基类的指针或引⽤

2.1.3 虚函数重写的⼀些其他问题

• 协变

派⽣类重写基类虚函数时，与基类虚函数返回值类型不同。即基类虚函数返回基类对象的指针或者引 ⽤，派⽣类虚函数返回派⽣类对象的指针或者引⽤时，称为协变。协变的实际意义并不⼤

• 析构函数的重写

基类的析构函数为虚函数，此时派⽣类析构函数只要定义，⽆论是否加virtual关键字，都与基类的析 构函数构成重写，虽然基类与派⽣类析构函数名字不同看起来不符合重写的规则，实际上编译器对析 构函数的名称做了特殊处理，编译后析构函数的名称统⼀处理成destructor，所以基类的析构函数加了 vialtual修饰，派⽣类的析构函数就构成重写。

class A
{
public:
 virtual ~A()
 {
 cout << "~A()" << endl;
 }
};
class B : public A {
public:
 ~B()
 { 
 cout << "~B()->delete:"<<_p<< endl;
 delete _p;
 }
protected:
 int* _p = new int[10];
};
// 只有派⽣类Student的析构函数重写了Person的析构函数，下⾯的delete对象调⽤析构函数，才能
构成多态，才能保证p1和p2指向的对象正确的调⽤析构函数。 
int main()
{
 A* p1 = new A;
 A* p2 = new B;
 delete p1;
 delete p2;
 return 0;
}

2.1.4  override和final关键字

++对虚函数重写的要求⽐较严格，但是有些情况下由于疏忽，⽐如函数名写错参数 写错等导致⽆法构成重写，⽽这种错误在编译期间是不会报出的，只有在程序运⾏时没有得到预期结 果才来debug会得不偿失，因此C++11提供了override，可以帮助⽤⼾检测是否重写。如果我们不想让 派⽣类重写这个虚函数，那么可以⽤final去修饰。

// error C3668: “Benz::Drive”: 包含重写说明符“override”的⽅法没有重写任何基类⽅法 
class Car {
public:
 virtual void Dirve()
 {}
};
class Benz :public Car {
public:
 virtual void Drive() override { cout << "Benz-舒适" << endl; }
};
int main()
{
 return 0;
}

// error C3248: “Car::Drive”: 声明为“final”的函数⽆法被“Benz::Drive”重写 
class Car
{
public:
 virtual void Drive() final {}
};
class Benz :public Car
{
public:
 virtual void Drive() { cout << "Benz-舒适" << endl; }
};
int main()
{
 return 0;
}

2.1.5 重载/重写/隐藏的对⽐

3. 纯虚函数和抽象类

在虚函数的后⾯写上=0，则这个函数为纯虚函数，纯虚函数不需要定义实现(实现没啥意义因为要被 派⽣类重写，但是语法上可以实现)，只要声明即可。包含纯虚函数的类叫做抽象类，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。纯虚函数某种程度上强制了 派⽣类重写虚函数，因为不重写实例化不出对象。

class Car
{
public:
 virtual void Drive() = 0;
};
class Benz :public Car
{
public:
 virtual void Drive()
 {
 cout << "Benz-舒适" << endl;
 }
};
class BMW :public Car
{
public:
 virtual void Drive()
 {
 cout << "BMW-操控" << endl;
 }
};
int main()
{
 // 编译报错：error C2259: “Car”: ⽆法实例化抽象类 
 Car car;
 Car* pBenz = new Benz;
 pBenz->Drive();
 Car* pBMW = new BMW;
 pBMW->Drive();
 return 0;
}

4. 多态的原理

4.1 虚函数表指针

下⾯编译为32位程序的运⾏结果是什么（）

 A.编译报错  B.运⾏报错 C. 8  D.  12

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

上⾯题⽬运⾏结果12bytes，除了_b和_ch成员，还多⼀个__vfptr放在对象的前⾯(注意有些平台可能 会放到对象的最后⾯，这个跟平台有关)，对象中的这个指针我们叫做虚函数表指针(v代表virtual，f代 表function)。⼀个含有虚函数的类中都⾄少都有⼀个虚函数表指针，因为⼀个类所有虚函数的地址要 被放到这个类对象的虚函数表中，虚函数表也简称虚表。

4.2 多态的原理

4.2.1 多态是如何实现的

从底层的⻆度Func函数中ptr->BuyTicket()，是如何作为ptr指向Person对象调⽤Person::BuyTicket， ptr指向Student对象调⽤Student::BuyTicket的呢？通过下图我们可以看到，满⾜多态条件后，底层 不再是编译时通过调⽤对象确定函数的地址，⽽是运⾏时到指向的对象的虚表中确定对应的虚函数的 地址，这样就实现了指针或引⽤指向基类就调⽤基类的虚函数，指向派⽣类就调⽤派⽣类对应的虚函 数。第⼀张图，ptr指向的Person对象，调⽤的是Person的虚函数；第⼆张图，ptr指向的Student对 象，调⽤的是Student的虚函数。

4.2.2 动态绑定与静态绑定

• 对不满⾜多态条件(指针或者引⽤+调⽤虚函数)的函数调⽤是在编译时绑定，也就是编译时确定调⽤ 函数的地址，叫做静态绑定。

• 满⾜多态条件的函数调⽤是在运⾏时绑定，也就是在运⾏时到指向对象的虚函数表中找到调⽤函数 的地址，也就做动态绑定。

4.2.3 虚函数表

• 基类对象的虚函数表中存放基类所有虚函数的地址。同类型的对象共⽤同⼀张虚表，不同类型的对 象各⾃有独⽴的虚表，所以基类和派⽣类有各⾃独⽴的虚表。

• 派⽣类由两部分构成，继承下来的基类和⾃⼰的成员，⼀般情况下，继承下来的基类中有虚函数表 指针，⾃⼰就不会再⽣成虚函数表指针。但是要注意的这⾥继承下来的基类部分虚函数表指针和基 类对象的虚函数表指针不是同⼀个，就像基类对象的成员和派⽣类对象中的基类对象成员也独⽴ 的。

• 派⽣类中重写的基类的虚函数，派⽣类的虚函数表中对应的虚函数就会被覆盖成派⽣类重写的虚函 数地址。

• 派⽣类的虚函数表中包含，(1)基类的虚函数地址，(2)派⽣类重写的虚函数地址完成覆盖，（3）派⽣类 ⾃⼰的虚函数地址三个部分。

• 虚函数表本质是⼀个存虚函数指针的指针数组，⼀般情况这个数组最后⾯放了⼀个0x00000000标 记。(这个C++并没有进⾏规定，各个编译器⾃⾏定义的，vs系列编译器会再后⾯放个0x00000000 标记，g++系列编译不会放)

 • 虚函数存在哪的？虚函数和普通函数⼀样的，编译好后是⼀段指令，都是存在代码段的，只是虚函 数的地址⼜存到了虚表中。

• 虚函数表存在哪的？这个问题严格说并没有标准答案C++标准并没有规定，我们写下⾯的代码可以 对⽐验证⼀下。vs下是存在代码段(常量区)