【c++ 之 多态】

前言

打怪升级：第61天

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多态

认识多态

所谓多态，通俗来讲就是多种形态，也就是当一件事情由不同的人去完成会表现出不同的形态，例如买车票：成人全价，学生半价，军人优先等；
再例如测量体重，不同的人去测量，体重仪的表现也会不同。

多态的定义与实现

构成多态的条件

下面我们先来“见一见猪跑”：

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

class Student : public Person
{
public:
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "学生，半价" << endl;
	}
};

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

void Test_p2()
{
	Person p1;
	Student t1;
	Buy(p1);
	Buy(t1);
}

虚函数

• 虚函数的定义
  虚函数就是使用 virtual 修饰的成员函数。

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

• 虚函数的重写
  **重写（覆盖）**的条件：
  在子类中存在与父类完全相同的虚函数（三同：函数名、参数、返回值都必须相同），我们称为子类对父类的虚函数进行了重写。

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

class Student : public Person
{
public:
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "学生，半价" << endl;
	}
};

上面，我们说的十分肯定 – 必须由三同才可构成重写，
然而，其实是有两个特例存在的 – 1.子类的重写返回值在特殊情况下可以不同；2.析构函数的重写

1.协变（基类与派生类虚函数返回值不同）

当子类和父类的虚函数返回值为有父子关系的类对象时，返回值也可以不同。

class A
{

};

class B :public A
{

};

class Person
{
public:
	virtual Person& BuyTicket()
	{
		cout << "成人，全价" << endl;
		return *this;
	}
};

class Student : public Person
{
public:
	virtual Student& BuyTicket()
	{
		cout << "学生，半价" << endl;
		return *this;
	}
};

可以让父类虚函数返回子类引用，子类虚函数返回父类引用吗？
– 不可，虚函数的重写实际上是对 从父类继承下来的虚函数的实现进行重写，声明部分是完全继承的，因此，
如果父类虚函数返回子类引用，就会使得子类中的虚函数使用父类对象初始化子类对象，（我们可以使用子类对象初始化父类对象 – 会进行切片，但是父类中不一定拥有子类的全部成员，无法完成对子类的初识化）。

2.析构函数的重写

如果基类的析构函数是虚函数，此时派生类的析构函数无论是否加 virtual，都与基类的析构函数构成重写。
这里虽然基类与派生类的析构函数函数名不同，看起来好像违反了 三同 的规则，
其实不然，这里是编译器在底层做了特殊处理：编译之后所有析构函数的名称都会被处理为destruction。

c++11.两个虚函数修饰关键字：final & override

final修饰父类虚函数：该虚函数不可再在子类中进行重写了。
override修饰子类虚函数：该虚函数必须是父类的虚函数的重写。

重载、重写、重定义再理解

也就是说：两个基类和派生类中的同名函数 不构成重写 就是重定义。

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抽象类

抽象类的概念

在虚函数后面写上 = 0 ，这个虚函数就变成了纯虚函数， 包含纯虚函数的类称为抽象类（也叫接口类），包含纯虚函数的类无法实例化出对象，抽象类的派生类想要实例化出对象必须对纯虚函数实现重写，否则派生类也是抽象类。

接口继承与实现继承

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。
所以如果不实现多态，不要把函数定义成虚函数。

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多态的原理

多态，如果只看表面应用 – 不同的对象调用"同一个函数"表现也不一样，看起来感觉好像很神奇、很厉害，居然可以“进行判断？”，
那么到底是不是这样呢，让我们去底层一探究竟吧~。
（注：以下数据测试环境为 vs2022，x86）

虚函数表

class Base
{
public:
	virtual void Print()
	{
		cout << "Base::Print" << endl;
	}
	int _bval;
};


void Test_p3()
{
	Base b1;
	cout << sizeof(b1) << endl;

}

我们来计算一下Base类的大小：
按照我们以前的知识：成员函数是放在代码段，对象中只有普通成员变量， 因此，Base的大小应该是4；

class Base
{
public:
	virtual void Print1() {}

	virtual void Print2() {}

	int _bval = 1;
};

class Derive :public Base
{
public:
	virtual void Print1() {}

	virtual void Print3() {}

	int _dval = 10;
};

void Test_p4()
{
	Base b1;

	Derive d1;
}

这里有一点我们需要注意：虚函数表存在哪里？虚函数又存在哪里？
虚函数表存在对象中，虚函数存在虚函数表中，吗？
不是的，对象中存的是一个虚函数表指针，虚函数表中存的也只是虚函数的指针，
至于虚函数表和虚函数，其实都存在于内存中的代码段。

打印虚函数表

typedef void(*VFPTR)();  //  定义 VFPTR为  void(*)() -- 函数指针类型

void VFTable(VFPTR*table)
{
	/*while (*table)
	{
		(*table)();
		++table;
	}*/
	for (int i = 0; table[i]; ++i)
	{
		printf("[%d]->", i);
		table[i](); // 函数调用
	}
	cout << endl;
}

void Test_p4()
{
	Base b1;
	Derive d1;

	//  要打印虚函数表，我就要先获取虚函数表的地址 -- 通过上面几次的查看我们可以看到 -- 虚函数表地址存放在对象的最前面
	VFTable((VFPTR*)(*(int*)&b1));
	VFTable((VFPTR*)(*(int*)&d1));

	VFTable(*(VFPTR**)&b1); 
	VFTable(*(VFPTR**)&d1);
}

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原理剖析

补充：

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。

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经典例题

• 1

class Base1 { public: int _b1; };
class Base2 { public: int _b2; };
class Derive : public Base1, public Base2 { public: int _d; };

int main() 
{
	Derive d;
	Base1* p1 = &d;
	Base2* p2 = &d;
	Derive* p3 = &d;
	return 0;
}

• 2

class AA
{
public:
	virtual void Print(int a = 1)
	{
		cout << "a = " << a << endl;
	}

	virtual void Call() { Print(); }
};

class BB :public AA
{
public:
	virtual void Print(int b = 0) 
	{ 
		cout << "b = " << b << endl; 
	}
};

void Test_p1()
{
	BB p;
	p.Call();
}

总结

多态的重点

1. 就是要了解多态构成的条件：父类的指针或引用；虚函数重写。
2. 就是知道了解虚函数表的原理：存的是虚函数地址。
3. 清楚多态实现的原理。
4. 虚表地址存放在地址空间的最上方，此处要区分虚继承中的虚基表，虚基表地址存放在地址空间的最下方。

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