目录一. 认识多态1.1 多态的概念二. 多态的定义和实现2.1 多态的构成条件2.1.1 实现多态的两个必须重要条件2.2 什么是虚函数2.3 虚函数的重写/覆盖2.4 虚函数重写实践2.5 实战演练2.5.1 变式2.6 虚函数重写的一些其他问题2.6.1 协变了解2.6.2 析构函数的重写2.7 override 和 final 关键字2.7.1 override2.7.2 final2.8 重载\重写\隐藏的对比三. 纯虚函数和抽象类3.1 纯虚函数3.2 抽象类3.3 实践验证四. 多态的原理4.1 虚函数表指针4.1.1 解析4.2 动态绑定和静态绑定4.3 虚函数表4.3.1 虚函数表实践一. 认识多态1.1 多态的概念多态(polymorphism)的概念通俗来说就是多种形态。多态分为编译时多态(静态多态)和运行时多态(动态多态)这里我们重点讲运行时多态编译时多态(静态多态)和运行时多态(动态多态)。编译时多态(静态多态)主要就是我们前面讲的函数重载和函数模板他们传不同类型的参数就可以调用不同的函数通过参数不同达到多种形态之所以叫编译时多态是因为他们实参传给形参的参数匹配是在编译时完成的我们把编译时一般归为静态运行时归为动态。运行时多态具体点就是去完成某个行为(函数)可以传不同的对象就会完成不同的行为就达到多种形态。比如买票这个行为当普通人买票时是全价买票学生买票时是优惠买票(5折或75折)军人买票时是优先买票。再比如同样是动物叫的一个行为(函数)传猫对象过去就是”(^ω^)喵“传狗对象过去就是汪汪。二. 多态的定义和实现2.1 多态的构成条件多态是一个继承关系的下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对象优惠买票。2.1.1 实现多态的两个必须重要条件1必须是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完成了虚函数重写 / 覆盖。说明要实现多态效果第一必须是基类的指针或引用因为只有基类的指针或引用才能既指向基类对象又指向派生类对象第二派生类必须对基类的虚函数完成重写/覆盖重写或者覆盖了基类和派生类之间才能有不同的函数多态的不同形态效果才能达到。2.2 什么是虚函数类成员函数前面加virtual修饰那么这个成员函数被称为虚函数。注意非成员函数不能加virtual修饰class Person { public: virtual void BuyTicket() { cout 买票-全价 endl; } };2.3 虚函数的重写/覆盖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派生类的虚函数重写了基类的虚函数。注意在重写基类虚函数时派生类的虚函数在不加virtual关键字时虽然也可以构成重写因为继承后基类的虚函数被继承下来了在派生类依旧保持虚函数属性但是该种写法不是很规范不建议这样使用不过在考试选择题中经常会故意挖这样一个坑让你判断是否构成多态。2.4 虚函数重写实践class Person { public: virtual void BuyTicket() { cout 买票-全价 endl; } }; class Student :public Person { public: virtual void BuyTicket() { cout 买票-打折 endl; } }; void Func(Person* ptr) { ptr-BuyTicket(); } class Animal { public: virtual void talk() const { std::cout 吱吱吱 std::endl; } }; class Dog :public Animal { public: //重写实现 void talk() const { std::cout 汪汪汪 std::endl; } }; class Cat : public Animal { public: // 重写实现 void talk() const { std::cout (^ω^)喵呜 std::endl; } }; void letsHear(Animal animal) { animal.talk(); } int main() { Cat cat; Dog dog; letsHear(cat); letsHear(dog); return 0; }2.5 实战演练// 腾讯笔试题目 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 val 0) { std::cout B- val std::endl; } }; int main(int argc,char* argv[]) { B* p new B; p-test(); return 0; }正确答案B这个问题有几个重要的点1.test 里面的this指针的类型仍就是A*不是B*。2.构成虚函数覆盖/重写的要求之一参数列表相同指的是参数个数、参数类型相同对参数名称、缺省值不做要求。3.重写的本质是重写虚函数的实现对声明部分不做修改。2.5.1 变式// 腾讯笔试题目 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 val 0) { std::cout B- val std::endl; } }; int main(int argc,char* argv[]) { B* p new B; p-func(); return 0; }这个答案就是B了因为不构成多态调用2.6 虚函数重写的一些其他问题2.6.1 协变了解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。协变的实际意义并不大所以我们了解一下即可。// 协变 class A {}; class B : public A {}; class Person { public: virtual A* BuyTicket() { cout 买票-全价 endl; return nullptr; } }; class Student : public Person { public: virtual B* BuyTicket() { cout 买票-打折 endl; return nullptr; } }; void Func(Person* ptr) { ptr-BuyTicket(); } int main() { Person ps; Student st; Func(ps); Func(st); return 0; }2.6.2 析构函数的重写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看起来不符合重写的规则实际上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所以基类的析构函数加了vialtual修饰派生类的析构函数就构成重写。观察下面的代码我们可以看到——如果~A( )不加virtual那么delete p2时只调用的A的析构函数没有调用B的析构函数就会导致内存泄漏问题因为~B( )中在释放资源注意这个问题面试中经常考察大家一定要结合类似下面的样例才能讲清楚为什么基类中的析构函数建议设计为虚函数——// 析构函数 class A { public: virtual ~A() { cout ~A() endl; } }; class B : public A { public: //virtual ~B(); ~B() { cout ~B()-delete: _p endl; delete _p; } protected: int* _p new int[10]; }; // 基类只要保障了析构函数是虚函数下面场景就不会存在内存泄漏 int main() { //A a; //B b; A* ptr1 new B; delete ptr1; A* ptr2 new A; delete ptr2; // 打印结果 //~B()-delete:000001E6AD3EB980 //~A() //~A() return 0; }2.7 override 和 final 关键字从上面可以看出C 对函数重写的要求比较严格但是有些情况下由于疏忽比如函数名写错、参数写错等导致无法构成重写而这种错误在编译期间是不会报出的只有在程序运行时没有得到预期结果才来调试得不偿失。因此 C11 提供了 override 关键字可以帮助编译器检测是否成功重写虚函数。如果我们不想让派生类重写这个虚函数那么可以用 final 进行修饰。2.7.1 overrideclass Car { public: virtual void Dirve() {} }; class Benz:public Car { public: virtual void Drive() override { cout Benz-舒适 endl; } }2.7.2 finalclass Car { public: virtual void Drive()final {} }; class Benz :public Car { public: virtual void Drive() override { cout Benz-舒适 endl; } };2.8 重载\重写\隐藏的对比三. 纯虚函数和抽象类在虚函数的后面写上 0则这个函数为纯虚函数纯虚函数不需要定义实现(实现没啥意义因为要被派生类重写但是语法上可以实现)只要声明即可。包含纯虚函数的类叫做抽象类抽象类不能实例化出对象如果派生类继承后不重写纯虚函数那么派生类也是抽象类。纯虚函数某种程度上强制了派生类重写虚函数因为不重写实例化不出对象。3.1 纯虚函数class Car { public: virtual void Drive() 0;//纯虚函数 };3.2 抽象类class Car//抽象类 { public: virtual void Drive() 0;//纯虚函数 };3.3 实践验证// 纯虚函数、抽象类 class Car // 抽象类 { public: virtual void Drive() 0; // 纯虚函数 }; class Benz : public Car { public: virtual void Drive() { cout Benz - 舒适 endl; } }; class BMW : public Car { virtual void Drive() { cout BMW - 操纵 endl; } }; class Ferrari : public Car { virtual void Drive() { cout Ferrari - 极致性能 endl; } }; int main() { Car* pBenz new Benz; pBenz-Drive(); Car* pBMW new BMW; pBMW-Drive(); Car* pFerrari new Ferrari; pFerrari-Drive(); return 0; }四. 多态的原理4.1 虚函数表指针// 选择题 class Base { public: virtual void Func1() { cout Func1() endl; } virtual void Func2() { cout Func2() endl; } virtual void Func3() { cout Func3() endl; } protected: int _b 1; char _ch x; }; int main() { Base b; cout sizeof(b) endl; // 32位环境12 // 64位环境16 return 0; }正确答案D4.1.1 解析上面题目运行结果12bytes除了_b和_ch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virtualf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一个类所有虚函数的地址要被放到这个类对象的虚函数表中虚函数表也简称虚表。// 买票 class Person { public: virtual void BuyTicket() { cout 买票 - 全价 endl; } private: string _name; }; class Student : public Person { public: virtual void BuyTicket() { cout 买票 - 打折 endl; } private: string _id; }; void Func(Person ptr) { //这里可以看到虽然都是Person指针ptr在调用BuyTicket //但是跟ptr没关系而是由ptr指向的对象决定的。 ptr.BuyTicket(); } int main() { Person ps; Student st; Func(ps); Func(st); Person p1; Person p2; Person p3; return 0; }4.2 动态绑定和静态绑定1、静态绑定对不满足多态条件指针或者引用调用虚函数的函数调用是在编译时绑定也就是编译时确定调用函数的地址叫做静态绑定。2、动态绑定满足多态条件的函数调用是在运行时绑定也就是在运行时到指向对象的虚函数表中找到调用函数的地址也叫动态绑定。// ptr是指针BuyTicket是虚函数满⾜多态条件。 // 这⾥就是动态绑定编译在运⾏时到ptr指向对象的虚函数表中确定调⽤函数地址 ptr-BuyTicket(); 00EF2001 mov eax,dword ptr [ptr] 00EF2004 mov edx,dword ptr [eax] 00EF2006 mov esi,esp 00EF2008 mov ecx,dword ptr [ptr] 00EF200B mov eax,dword ptr [edx] 00EF200D call eax // BuyTicket不是虚函数不满足多态条件。 // 这里就是静态绑定编译器直接确定调用函数地址 ptr-BuyTicket(); 00EA2C91 mov ecx,dword ptr [ptr] 00EA2C94 call Student::Student (0EA153Ch)4.3 虚函数表基类对象的虚函数表中存放基类所有虚函数的地址。同类型对象虚表共用不停类型虚表各自独立派生类由两部分构成继承下来的基类和自己的成员一般情况下继承下来的基类中有虚函数表指针自己就不会再生成虚函数表指针。但是要注意这里继承下来的基类部分虚函数表指针和基类对象的虚函数表指针不是同一个就像基类对象的成员和派生类对象中的基类对象成员也独立的。派生类中重写的基类的虚函数派生类的虚函数表中对应的虚函数就会被覆盖成派生类重写的虚函数地址。派生类的虚函数表中包含基类的虚函数地址派生类重写的虚函数地址派生类自己增加的虚函数地址三个部分。虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组一般情况下这个数组最后面放了一个0x00000000标记。这个C并没有进行规定各个编译器自行定义的vs系列编译器会再后面放个0x00000000标记g系列编译器不会放虚函数存在哪里虚函数和普通函数一样的编译好后是一段指令都是存在代码段的只是虚函数的地址又存到了虚表中。虚函数表存在的吗这个问题严格说并没有标准答案C标准并没有规定我们写下面的代码可以对比验证一下。vs下是存在代码段(常量区)4.3.1 虚函数表实践// ----------虚函数表------------ class Base { public: virtual void func1() { cout Base::func1 endl; } virtual void func2() { cout Base::func2 endl; } void func5() { cout Base::func5 endl; } protected: int a 1; }; class Derive : public Base { public: virtual void func1() { cout Derive::func1 endl; } virtual void func3() { cout Derive::func3 endl; } void func4() { cout Derive::func4 endl; } protected: int b 2; }; //int main() //{ // Base b; // Derive d; // // return 0; //} // 分区 int main() { int i 0; static int j 1; int* p1 new int; const char* p2 xxxxxxxxxxxx; printf(栈:%p\n, i); printf(静态区:%p\n, j); printf(堆:%p\n, p1); printf(常量区:%p\n, p2); Base b; Derive d; printf(Base虚表地址:%p\n, *(int*)b); printf(Derive虚表地址:%p\n, *(int*)d); printf(虚函数地址:%p\n, Base::func1); printf(普通函数地址:%p\n, Base::func5); return 0; }