C++中多态是怎样实现的？

Posted 2023-05-15

多态是一种不同的对象以单独的方式作用于相同消息的能力，这个概念是从自然语言中引进的。例如，动词“关闭”应用到不同的事务上其意思是不同的。关门，关闭银行账号或关闭一个程序的窗口都是不同的行为；其实际的意义取决于该动作所作用的对象。大多数面向对象语言的多态特性都仅以虚拟函数的形式来实现，但C++除了一般的虚拟函数形式之外，还多了两种静态的（即编译时的）多态机制：2、模板：例如，当接受到相同的消息时，整型vector对象和串vector对象对消息反映是不同的，我们以关闭行为为例：vector < int > vi; vector < string > names; string name("VC知识库");vi.push_back( 5 ); // 在 vector 尾部添加整型names.push_back (name); // 添加串和添加整型体现差别的潜在的操作静态的多态机制不会导致与虚拟函数相关的运行时开。此外，操作符重载和模板两者是通用算法最基本的东西，在STL中体现得尤为突出。 那么接下来我们说说以虚函数形式多态： 通常都有以重载、覆盖、隐藏来三中方式，三种方式的区别大家应该要很深入的了解，这里就不多说了。 许多开发人员往往将这种情况和C++的多态性搞混淆，下面我从两方面为大家解说： 1、 编译的角度 C++编译器在编译的时候，要确定每个对象调用的函数的地址，这称为早期绑定（early binding）。2、 内存模型的角度为了确定对象调用的函数的地址，就要使用迟绑定（late binding）技术。当编译器使用迟绑定时，就会在运行时再去确定对象的类型以及正确的调用函数。而要让编译器采用迟绑定，就要在基类中声明函数时使用virtual关键字（注意，这是必须的，很多开发人员就是因为没有使用虚函数而写出很多错误的例子），这样的函数我们称为虚函数。一旦某个函数在基类中声明为virtual，那么在所有的派生类中该函数都是virtual，而不需要再显式地声明为virtual。 那么如何定位虚表呢？编译器另外还为每个类的对象提供了一个虚表指针（即vptr），这个指针指向了对象所属类的虚表。在程序运行时，根据对象的类型去初始化vptr，从而让vptr正确的指向所属类的虚表，从而在调用虚函数时，就能够找到正确的函数。 正是由于每个对象调用的虚函数都是通过虚表指针来索引的，也就决定了虚表指针的正确初始化是非常重要的。换句话说，在虚表指针没有正确初始化之前，我们不能够去调用虚函数。那么虚表指针在什么时候，或者说在什么地方初始化呢？ 答案是在构造函数中进行虚表的创建和虚表指针的初始化。还记得构造函数的调用顺序吗，在构造子类对象时，要先调用父类的构造函数，此时编译器只“看到了”父类，并不知道后面是否后还有继承者，它初始化父类对象的虚表指针，该虚表指针指向父类的虚表。当执行子类的构造函数时，子类对象的虚表指针被初始化，指向自身的虚表。 要注意：对于虚函数调用来说，每一个对象内部都有一个虚表指针，该虚表指针被初始化为本类的虚表。所以在程序中，不管你的对象类型如何转换，但该对象内部的虚表指针是固定的，所以呢，才能实现动态的对象函数调用，这就是C++多态性实现的原理。总结（基类有虚函数）：1、 每一个类都有虚表。2、虚表可以继承，如果子类没有重写虚函数，那么子类虚表中仍然会有该函数的地址，只不过这个地址指向的是基类的虚函数实现。如果基类3个虚函数，那么基类的虚表中就有三项（虚函数地址），派生类也会有虚表，至少有三项，如果重写了相应的虚函数，那么虚表中的地址就会改变，指向自身的虚函数实现。如果派生类有自己的虚函数，那么虚表中就会添加该项。3、派生类的虚表中虚函数地址的排列顺序和基类的虚表中虚函数地址排列顺序相同。 参考技术A 多态性是指一段程序能够处理多种对象的能力。在c++语言中可以通过强制多态，重载多态，类型参数化多态，包含多态4种形式来实现。。希望采纳 参考技术B 　　C++中，实现多态有以下方法：虚函数，抽象类，覆盖，模板（重载和多态无关）。
　　虚函数是指在某基类中声明为 virtual 并在一个或多个派生类中被重新定 义的成员函数，用法格式为：virtual 函数返回类型 函数名（参数表） 函数体；实现多态性，通过指向派生类的基类指针或引用，访问派生类中同名覆盖成员函数。
　　C++为了让一个类成为抽象类，至少必须有一个纯虚函数。包含至少一个纯虚函数的类视为抽象类。

C++多态

目录

• 一、多态概念
• 二、多态定义和实现
• 三、多态原理
• 四、抽象类
• 五、单继承和多继承关系中的虚函数表

一、多态概念

多态即多种形态。当不同的对象去完成时会产生不同的状态

比如：大家都去买票，买票的对象身份都各有不同。普通人买票，全价票；学生买票，是半价票；军人买票优先

二、多态定义和实现

实现多态必须满足两个条件：

1. 子类重写父类的虚函数(*父类必须是虚函数)
2. 必须是父类的指针或者引用去调用虚函数

这里的重写表现在：派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数(返回值类型，函数名，参数类型数量一致)

虚函数重写的两个例外：

1. 协变(基类和派生类虚函数的返回值类型不同)
2. 析构的重写(基类与派生类析构的函数名字不同，先析构子再析构父)

C++11提供的两个关键字

1. Final : 修饰虚函数表示该函数不能被重写，其次final这个类不能被继
   
2. 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
   
   重载、覆盖和隐藏的对比：
   

三、多态原理

在说原理之前，下面的sizeof(Base)这个是多少？

有人可能会认为是4，因为只有_b一个成员，但是别忘了Func1是一个虚函数。
一个含有虚函数的类中至少有一个虚函数表指针，因为虚函数的地址要被放在虚函数表中，简称为虚表

满足多态的函数调用，不是在编译时确定的，而是运行起来以后到对象中去找的。而不满足多态的函数调用是在编译时确认好的

四、抽象类

在虚函数的后面加上 =0，则为纯虚函数，包含纯虚函数的类叫做抽象类，也叫接口类。抽象类是不能实例化出对象。

派生类继承后不能实例化出对象，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现，另外纯虚函数更体现出了接口继承。

//例如我们则例的调用
Car* pMustang = new Mustang; //父类是抽象类，对父类进行重写
pMustang->Drive();

五、单继承和多继承关系中的虚函数表

由上图可知，整体是一个Derive
p3在Derive的开头，p1和p2都会发生切片
把base1的对象给p1，那么p1发生切片，指向子类里面的base的那一部分
p1和p3的类型不一样，p1看一个base1的大小，而p3看Derive的大小。p2会去找对象里面切出来是自己的那一部分。

*多继承容易导致菱形继承这个需要多注意

多态总结：

1. 多态分为动态多态和静态多态：
   a. 动态多态：运行时多态，运行时确认调用哪个函数，实现的方式是重写虚函数，通过父类的调用，指向的是哪个子类就调用哪个。原理：指针指向对象的虚表去找对应的虚函数去调用。
   b. 静态多态：编译时多态，编译时调用哪个函数，确认形态，函数重载，通过函数名修饰规则去区分不同函数

注意虚函数不可以是inline，因为inline函数没有地址，而虚函数是有的需要放到虚函数表