C++多态

一、多态的定义及实现

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。比如Student继承了
Person。Person对象买票全价，Student对象买票半价。

构成多态的两个条件：

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，且派生类必须对基类的虚函数进行重写。

虚函数就是被virtual修饰的类成员函数称为虚函数；

函数重写的注意事项：

1、派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数(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)，称子类的虚函数重写了基类的虚函数；

2、想要重写的函数必须声明成虚函数；

3、派生类的重新虚函数可以不加virtual。

虚函数重写的两个例外：

1、协变——基类与派生类虚函数返回值类型不同

派生类重写基类虚函数时，与基类虚函数返回值类型不同。即基类虚函数返回基类对象的指针或者引用，派生类虚函数返回派生类对象的指针或者引用时，称为协变。

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;}
};

2、析构函数的重写（基类与派生类析构函数的名字不同）

如果基类的析构函数为虚函数，此时派生类析构函数只要定义，无论是否加virtual关键字，都与基类的析构函数构成重写，虽然基类与派生类析构函数名字不同。虽然函数名不相同，看起来违背了重写的规则，其实不然，这里可以理解为编译器对析构函数的名称做了特殊处理，编译后析构函数的名称统一处理成destructor。

为什么要将名称统一处理成destructor呢？是为了使析构函数构成重写

为什么要使父子类的析构函数构成重写呢？因为如下场景：

class Person {
public:
    virtual ~Person() {cout << "~Person()" << endl;}
};

class Student : public Person {
public:
    virtual ~Student() 
    {
        delete[] _a; 
        cout << "~Student()" << endl; 
    }
private:
    int* _a = new int[10];
};

// 只有派生类Student的析构函数重写了Person的析构函数，下面的delete对象调用析构函
//数，才能构成多态，才能保证p1和p2指向的对象正确的调用析构函数。


int main()
{
    Person* p1 = new Person;
    Person* p2 = new Student;

    //如果没有构成重写，那么下面两条语句只会调用Person类的析构，而不会调用Student的析构
    //否则就会造成内存泄漏
    delete p1;
    delete p2;
    return 0;
}

二、抽象类

在虚函数的后面写上 =0 ，则这个函数为纯虚函数。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。

class A
{
public:
	virtual void func1() = 0;
	
};

class B : public A
{

};

int main()
{
	B b;
	b.func1();
	return 0;
}

所以我们需要在派生类中重写基类的函数：

class A
{
public:
	virtual void func1() = 0;
	
};

class B : public A
{
public:
	virtual void func1()
	{
		cout << "B::func1()" << endl;
	}
};

int main()
{
	B b;
	b.func1();
	return 0;
}

三、多态的原理

通过观察测试我们发现b对象是8bytes，除了_b成员，还多一个__vfptr放在对象的前面(注意有些
平台可能会放到对象的最后面，这个跟平台有关)，对象中的这个指针我们叫做虚函数表指针(v代
表virtual，f代表function)。一个含有虚函数的类中都至少都有一个虚函数表指针，因为虚函数的地址要被放到虚函数表中，虚函数表也简称虚表。

请看下面这段程序：

class Base
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		cout << "Base::Func1()" << endl;
	}
	virtual void Func2()
	{
		cout << "Base::Func2()" << endl;
	}
	void Func3()
	{
		cout << "Base::Func3()" << endl;
	}
private:
	int _b = 1;
};
class Derive : public Base
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		cout << "Derive::Func1()" << endl;
	}
private:
	int _d = 2;
};

int main()
{
	Base b;
	Derive d;
	return 0;
}

通过观察我们发现：

1、派生类对象d中也有一个虚表指针，d对象由两部分构成，一部分是父类继承下来的成员，虚
表指针也就是存在部分的另一部分是自己的成员。

2、基类b对象和派生类d对象虚表是不一样的，这里我们发现Func1完成了重写，所以d的虚表
中存的是重写的Derive::Func1，所以虚函数的重写也叫作覆盖，覆盖就是指虚表中虚函数
的覆盖。重写是语法的叫法，覆盖是原理层的叫法。

3、另外Func2继承下来后是虚函数，所以放进了虚表，Func3也继承下来了，但是不是虚函
数，所以不会放进虚表。

4、虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组，一般情况这个数组最后面放了一个nullptr。

5、总结一下派生类的虚表生成：a.先将基类中的虚表内容拷贝一份到派生类虚表中 b.如果派生
类重写了基类中某个虚函数，用派生类自己的虚函数覆盖虚表中基类的虚函数 c.派生类自己
新增加的虚函数按其在派生类中的声明次序增加到派生类虚表的最后。

6、虚函数存在哪的？虚表存在哪的？

注意虚表存的是虚函数指针，不是虚函数，虚函数和普通函数一样的，都是存在代码段的，只是
他的指针又存到了虚表中。另外对象中存的不是虚表，存的是虚表指针。

虚表存在常量区，也就是代码段

四、单继承中的虚函数表

class Base {
public:
	virtual void func1() { cout << "Base::func1" << endl; }
	virtual void func2() { cout << "Base::func2" << endl; }
private:
	int a;
};
class Derive :public Base {
public:
	virtual void func1() { cout << "Derive::func1" << endl; }
	virtual void func3() { cout << "Derive::func3" << endl; }
	virtual void func4() { cout << "Derive::func4" << endl; }
private:
	int b;
};

int main()
{
	Base b;
	Derive d;
	return 0;
}

我们没有在d对象里看到func3和func4，在调式窗口看不到，我们可以在内存窗口来看一下

可以看到d对象的虚函数表中好像有四个地址，经过观察，发现上面两个是func1和func2的地址，但是我们不确定下面那两个到底是不是func3和func4的地址。下面我们来验证一下：

typedef void (*f)();

void printVFT(f* table)
{
	for (int i = 0; table[i] != nullptr; i++)
	{
		cout << table[i] << "->";
		table[i]();
		cout << endl;
	}
}


int main()
{

	Base b;
	Derive d;

	int ptr1 = *((int*)&d);
	printVFT((f*)ptr1);

	return 0;
}

通过观察我们发现确实是func3和func4的地址，所以得出结论就是：派生类自己新增加的虚函数按其在派生类中的声明次序增加到派生类虚表的最后。

五、多继承中的虚函数表

class Base1 {
public:
	virtual void func1() { cout << "Base1::func1" << endl; }
	virtual void func2() { cout << "Base1::func2" << endl; }
private:
	int b1;
};

class Base2 {
public:
	virtual void func1() { cout << "Base2::func1" << endl; }
	virtual void func2() { cout << "Base2::func2" << endl; }
private:
	int b2;
};

class Derive : public Base1, public Base2 {
public:
	virtual void func1() { cout << "Derive::func1" << endl; }
	virtual void func3() { cout << "Derive::func3" << endl; }
private:
	int d1;
};


int main()
{
	Base1 b1;
	Base2 b2;
	Derive d;


	return 0;
}