C++多态的全面讲解 C++多态的全面讲解

1.多态的定义和实现

多态的浅层理解
多态的构成条件

2.虚函数

虚函数的重写规则
虚函数重写条件的两个例外

1.协变（返回值不同）
2.析构函数的重写（函数名不同）

3.C++11 override 和 final

override

final

重载对比重定义(隐藏)与重写(覆盖)

4.抽象类

接口继承与实现继承

1.多态的定义和实现
多态的浅层理解
多态，即多种形态，也就是说，不同的对象在完成某个行为时会产生不同的状态。
举个例子，买火车票时，普通人正常买票，学生半价买票，军人优先买票。
在C++中，多态就是对于同一个函数，当调用的对象不同，他的操作也不同。

多态的构成条件
多态是继承体系中的一个行为，如果要在继承体系中构成多态，需要满足两个条件:
1. 必须通过基类的指针或者引用调用虚函数
2. 被调用的函数必须是虚函数，并且派生类必须要对继承的基类的虚函数进行重写
解释1：因为子类和父类的虚表各自一份，倘若能够通过对象传递的方式同时传递虚表的话，那么父类就可能拿到子类的虚表，不合理。
解释2：有虚函数就有虚函数表，对象当中就会存放一个虚基表指针，通过虚基表指针指向的内容来访问对应的函数。若子类没有重写父类的虚函数内容，则子类也会调用父类的函数。

2.虚函数虚函数就是被virtual修饰的类成员函数(这里的virtual和虚继承的virtual虽然是同一个关键字，但是作用不一样)

class Person{public: virtual void func() {cout << "普通人->正常买票" << endl; }};

虚函数的重写规则
虚函数，即被virtual关键字重写的类成员函数。
重写（覆盖）：派生类中有一个跟基类中完全相同的虚函数(三同：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，也有例外！)，这样则称子类重写了父类的虚函数。
【C++多态的全面讲解】示例代码如下：

class Person{public: virtual void func() {cout << "普通人->正常买票" << endl; }}; class Student : public Person{public: //子类必须重写父类的虚函数 virtual void func() {cout << "学生->半价买票" << endl; }}; //必须是父类的指针或引用去调用虚函数//这里的参数类型不能是对象，否则是一份临时拷贝，则无法构成多态void F(Person& ps){ ps.func(); }int main(){ Person ps; Student st; F(ps); F(st); return 0; }

笔试选择题常考点（选自Effective C++）：
如果不满足虚函数重写的条件，例如参数不同则会变成重定义。
思考如下代码输出结果：

#include class Base{public:virtual void Show(int n = 10)const{//提供缺省参数值std::cout << "Base:" << n << std::endl; }}; class Base1 : public Base{public:virtual void Show(int n = 20)const{//重新定义继承而来的缺省参数值std::cout << "Base1:" << n << std::endl; }}; int main(){Base* p1 = new Base1; p1->Show(); return 0; }

输出的是Base1:10,

因为如果子类重写了缺省值，此时的子类的缺省值是无效的，使用的还是父类的缺省值。原因是因为多态是动态绑定，而缺省值是静态绑定。对于P1，他的静态类型也就是这个指针的类型是Base,所以这里的缺省值是Base的缺省值，而动态类型也就是指向的对象是Base1，所以这里调用的虚函数则是Base1中的虚函数，所以这里就是Base1中的虚函数，Base中的缺省值，也就是Base1:10。
简单概括就是：虚函数的重写只重写函数实现，不重写缺省值。

虚函数重写条件的两个例外

1.协变（返回值不同）当基类和派生类的返回值类型不同时，如果基类对象返回基类对象的引用或者指针，派生类对象也返回的是派生类对象的引用或者指针时，就会引起协变。协变也能完成虚函数的重写
例1：指针

class A {}; class B :public A {}; class Person{public: virtual A* func() {cout << "virtual A* func()" << endl; return new A; }}; class Student : public Person{public: virtual B* func() {cout << "virtual B* func()" << endl; return new B; }};

例2：引用

class Human{public: virtual Human& print() {cout << "i am a human" << endl; return *this; }}; class Student : public Human{public: virtual Student& print() {cout << "i am a student" << endl; return *this; }};

2.析构函数的重写（函数名不同）析构函数虽然函数名不同，但是也能构成重写，因为站在编译器的视角，他所调用的析构函数名称都叫做destructor
为什么编译器要通过这种方式让析构函数也能构成重写呢？
假设我用一个基类指针或者引用指向派生类对象，如果不构成多态会怎样？

class Human{public: ~Human() {cout << "~Human()" << endl; }}; class Student : public Human{public: ~Student() {cout << "~Student()" << endl; }}; int main(){ Human* h = new Student; delete h; return 0; }

上述代码只会调用Human的析构函数，即如果不构成多态，那么指针是什么类型的，就会调用什么类型的析构函数，这也就导致了一种情况，如果派生类的析构函数中有资源释放，而这里却没有释放掉那些资源，就会导致内存泄漏的问题。
所以为了防止这种情况，必须要将析构函数定义为虚函数。这也就是编译器将析构函数重命名为destructor的原因

class Human{public: virtual ~Human() {cout << "~Human()" << endl; }}; class Student : public Human{public: virtual ~Student() {cout << "~Student()" << endl; }}; int main(){ Human* h = new Student; delete h; return 0; }

3.C++11 override 和 final
override
override关键字是用来检测派生类虚函数是否构成重写的关键字。
如基类虚函数没有virtual或者派生类虚函数名拼错等问题，这些问题不会被编译器检查出来，发生错误时也很难一下子锁定，所以C++增添了override这一层保险，当修饰的虚函数不构成重写时就会编译错误。

class A{public: virtual void func() {}}; class B : public A{public: //未重写则报错 virtual void func() override {}; };

final
使用final修饰的虚函数不能被重写。
如果某一个虚函数不想被派生类重写，就可以用final来修饰这个虚函数

class Human{public: virtual void print() final {cout << "i am a human" << endl; }}; class Student : public Human{public: virtual void print() {cout << "i am a student" << endl; }};

重载对比重定义(隐藏)与重写(覆盖)

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4.抽象类虚函数后面加上=0就是纯虚函数，包含纯虚函数的类即为抽象类（接口类）。抽象类不能实例化出对象，派生类继承抽象类后若没有重写纯虚函数那么仍为抽象类，亦不能实例化出对象。纯虚函数规范了派生类必须重写虚函数，并且更加体现出了接口继承。
抽象类就像是一个蓝图，为派生类描述好一个大概的架构，派生类必须实现完这些架构，至于要在这些架构上面做些什么，增加什么，就属于派生类自己的问题。

class Human{public: virtual void print() = 0; }; class Student : public Human{public: virtual void print() {cout << "i am a student" << endl; }}; class Teacher : public Human{public: virtual void print() {cout << "i am a teacher" << endl; }};

接口继承与实现继承
普通函数的继承就是接口继承，派生类可以使用基类的函数；而虚函数的重写则是实现继承，派生类继承的仅仅是基类的函数接口，目的是为了重写基类虚函数的函数体，达成多态。因此如果不实现多态，则不要将函数定义为虚函数。
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