多态

虚函，协变，重写

定义

多态是在不同继承关系的类对象，去调用同一函数，产生了不同的行为。

分类：

• （静态绑定）静态多态：不同的参数，调用不同的函数。——本质是重载
• （动态绑定）动态多态：通过继承中的虚函数重写 + 父类指针或者引用对齐进行调用，并且根据不同对象调用不同的函数。本质是虚函数表。

条件

• 必须通过基类的指针（切片）或者引用调用虚函数。
• 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。

总结：多态 = 基类的(指针或者引用)调用虚函数 + 重写。

虚函数

注意：

• 成员函数才可以使用virtual。

• 派生类可以不加virtual，而父类则不行，因为子类重写时，会在virtual的基础上进行重写。 ——但建议都加上。

• 由于虚函数要进入虚表从而不能内联inline,就算加上也会被编译器忽略。
  类中定义的函数默认会成为内联

虚函数的重写

条件：派生类虚函数与基类虚函数的以下条件完全相同，则称称子类的虚函数重写了基类的虚函数 —— 即构成多态。
条件：

• 返回值类型
• 函数名字
• 参数类型和参数个数（注意：和形参无关，也和缺省值无关）——故虚函数继承也被称为接口继承

协变

在破坏了以上条件中的返回值类型相同的条件后，依然维持多态的一种方式。

class A{};
class B : public A {};
class Person {
public:
	virtual A* f() {return new A;}
};
class Student : public Person {
public:
	virtual B* f() {return new B;}
};

允许返回值类型不同实现的多态，但要求返回值必须是父子关系的引用或者指针。

• 父子关系的引用或者指针（父子都需要是引用，或者都是指针）
  • 父类返回父类型的引用或者指针。
  • 子类返回子类型的引用或者指针。

多态原理

虚函数是通过虚函数表（vtable）和虚函数指针（vptr）来实现的：

• 虚函数表（vtable）：

  • 每个包含虚函数的类都有一个虚函数表，虚函数表是一个函数指针数组，数组中的每个指针指向该类的虚函数的实现。

• 虚函数指针（vptr）

  • 每个对象都有一个虚函数指针，指向类的虚函数表。当通过基类指针或引用调用虚函数时，程序会通过对象的虚函数指针找到对应的虚函数表，并从表中调用正确的函数。

虚函数表

用于记录虚函数（__vfptr）的地址（位于代码段）

• 对于一个不符合多态的普通调用，会在编译阶段，（根据调用者的类型，再更具函数名修饰规则），找到要调用函数的地址。

• 符合多态，那就在运行时，到所指向对象的虚函数表当中找到调用函数的地址

  • 如果是父类，那么就去父类的虚函数表中找。
  • 如果是子类，那么就去子类的虚函数表中找，子类会将继承的虚表用自己的虚表——覆盖。

• 并且，在一个子类赋值给父类的时候，即对象切片发生的时候，不会拷贝虚表。否则会导致使用父类的对象却使用子类的方法。

纯虚函数

虚函数的后面写上 =0 ，则这个函数为纯虚函数。
例如：

public:
virtual void Drive() = 0;/*只用声明，不用有实现*/
}

抽象类

• 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。

final

final：修饰虚函数，或者基类(c++11，使其无法被继承)，表示该虚函数不能再被重写。

override

override: 检查派生类虚函数是否重写了基类某个虚函数，如果没有重写编译报错。

经典题目

1. 求下述程序的运行结果：

   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 va=0){ std::cout<<"B->"<< va <<std::endl; }
     };
    
     int main(int argc ,char* argv[])
     {
         B*p = new B;
         p->test();
         return 0;
     }

分析

1. 由于函数是保存到代码段的，所以派生类不会额外生成函数，因此在调用的时候，也是由其所属的类直接调用。
   • 如test()位于基类，故调用的时候，也是基类的指针调用。
2. 并且满足虚函数重写的条件，故满足多态，因此，回去调用派生类中的func,故有B->。
3. 由于重写是在基类的基础上，重写的是实现，其参数列表的值都来自于基类，派生类参数列表只是为了检查是否满足多态条件 **(参数类型，参数个数相同，和形参无关) **，故结果是B->1。