詳談C++特性：多態(tài)的概念分類和實(shí)現(xiàn)原理

一、多態(tài)的概念

在說多態(tài)之前，我們來先看一看對(duì)象的類型

來看一個(gè)例子：

多態(tài)：意思既是同一個(gè)事物的多種形態(tài)，用我們C++的專業(yè)詞語來說就是：一個(gè)借口、多種實(shí)現(xiàn)方式。

二、多態(tài)分類

靜態(tài)多態(tài)：

靜態(tài)多態(tài)：編譯器在編譯期間完成的，編譯器根據(jù)函數(shù)實(shí)參的類型（可能會(huì)進(jìn)行隱式類型轉(zhuǎn)換），可推斷出要調(diào)用那個(gè)函數(shù)，如果有對(duì)應(yīng)的函數(shù)就調(diào)用該函數(shù)，否則出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤。

動(dòng)態(tài)多態(tài)：

動(dòng)態(tài)多態(tài)就是我們常說的多態(tài)。動(dòng)態(tài)多態(tài)是在程序運(yùn)行期間才決定調(diào)用哪個(gè)函數(shù)，是根據(jù)虛函數(shù)表實(shí)現(xiàn)的。聲明了虛函數(shù)的類，類中都有一張?zhí)摵瘮?shù)表，里面存放類的入口地址。通過賦值兼容規(guī)則，可以用父類的指針或引用找到子類的虛函數(shù)。虛函數(shù)是處理類的派生體系中不同層次上不同作用域的同名問題，因此動(dòng)態(tài)多態(tài)必須在類的繼承體系中才能實(shí)現(xiàn)。

三、多態(tài)的實(shí)現(xiàn)原理（動(dòng)態(tài)）

說到這里，有幾個(gè)非常重要的概念，需要我們加以區(qū)分：重載、重寫、重定義

通過上面的多態(tài)的介紹，這里來說幾個(gè)重要的概念：

（1）虛函數(shù)表指針：類中除了定義成員函數(shù)之外還有一個(gè)成員是虛函數(shù)表指針（占四個(gè)基本內(nèi)存單位），這個(gè)指針指向一個(gè)虛函數(shù)表的起始位置，這個(gè)表會(huì)與類的定義同時(shí)出現(xiàn)，這個(gè)表會(huì)與類的定義同時(shí)出現(xiàn)，這個(gè)表存放著該類的虛函數(shù)指針，調(diào)用的時(shí)候可以找到該類虛函數(shù)表指針，通過虛函數(shù)表指針找到虛函數(shù)表，通過虛函數(shù)表的偏移找到函數(shù)的入口地址，從而找到要使用的虛函數(shù)。

（2）當(dāng)實(shí)例化一個(gè)該類的子類對(duì)象的時(shí)候，（如果）該類的子類并沒有定義虛函數(shù)，但是卻從父類中繼承了虛函數(shù)，所以在實(shí)例化該類子類對(duì)象的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)虛函數(shù)表，這個(gè)虛函數(shù)表是子類的虛函數(shù)表，但是記錄的子類的虛函數(shù)地址卻是與父類的是一樣的。所以通過子類對(duì)象的虛函數(shù)表指針找到自己的虛函數(shù)表，在自己的虛函數(shù)表找到的要執(zhí)行的函數(shù)指針也是父類的相應(yīng)函數(shù)入口的地址。

（3）如果我們?cè)谧宇愔卸x了從父類繼承來的虛函數(shù)，對(duì)于父類來說情況是不變的，對(duì)于子類來說它的虛函數(shù)表與之前的虛函數(shù)表是一樣的，但是此時(shí)子類定義了自己的（從父類那繼承來的）相應(yīng)函數(shù)，所以它的虛函數(shù)表當(dāng)中管于這個(gè)函數(shù)的指針就會(huì)覆蓋掉原有的指向父類函數(shù)的指針的值，換句話說就是指向了自己定義的相應(yīng)函數(shù)，這樣如果用父類的指針，指向子類的對(duì)象，就會(huì)通過子類對(duì)象當(dāng)中的虛函數(shù)表指針找到子類的虛函數(shù)表，從而通過子類的虛函數(shù)表找到子類的相應(yīng)虛函數(shù)地址，而此時(shí)的地址已經(jīng)是該函數(shù)自己定義的虛函數(shù)入口地址，而不是父類的相應(yīng)虛函數(shù)入口地址，所以執(zhí)行的將會(huì)是子類當(dāng)中的虛函數(shù)。這就是多態(tài)的原理。

（4）純虛函數(shù)

在成員函數(shù)的參數(shù)列表后面寫上“=0”則該成員函數(shù)為純虛函數(shù)。

包含純虛函數(shù)的類叫做抽象類（也叫接口類），抽象類不能實(shí)例化出對(duì)象。

純虛函數(shù)在抽象類中重新定義以后，派生類才能實(shí)現(xiàn)實(shí)例化出對(duì)象。

總結(jié)：

（1）派生類重寫基類的虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)多態(tài)，要求函數(shù)名、參數(shù)列表、返回值完全相同（協(xié)變除外）

協(xié)變：基類和派生類中的虛函數(shù)名字和參數(shù)列表相同、返回值類型不同，基類中的虛函數(shù)返回Base*，派生類中的虛函數(shù)返回Derived*

（2）基類中定義了虛函數(shù)，在派生類中該函數(shù)始終保持虛函數(shù)的特性。

（3）只有類的非靜態(tài)成員函數(shù)才能定義為虛函數(shù)，靜態(tài)成員函數(shù)不能定義為虛函數(shù)。

（4）如果在類外定義虛函數(shù)，只能在聲明函數(shù)時(shí)加virtual關(guān)鍵字，定義時(shí)不用加。

（5）構(gòu)造函數(shù)不能定義為虛函數(shù)，雖然可以將operator=定義為虛函數(shù)，但最好不要這么做，使用時(shí)容易混淆

（6）不要在構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中調(diào)用虛函數(shù)，在構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中，對(duì)象是不完整的，可能會(huì)出現(xiàn)未定義的行為。

（7）最好將基類的析構(gòu)函數(shù)聲明為虛函數(shù)。（析構(gòu)函數(shù)比較特殊，因?yàn)榕缮惖奈鰳?gòu)函數(shù)跟基類的析構(gòu)函數(shù)名稱不一樣，但是構(gòu)成覆蓋，這里編譯器做了特殊處理）

（8）虛表是對(duì)所有類對(duì)象實(shí)例共用的