C++ —面向对象之多态的实现与应用

                          多态

大家应该都听过C++三大特性之一多态，那么什么多态呢？多态有什么用？通俗一点来讲->

多态性可以简单地概括为“一个接口，多种方法”，程序在运行时才决定调用的函数，它是面向对象编程领域的核心概

念。当多态应用形参类型的时候，可以接受更多的类型。当多态用于返回值类型的时候，可以返回更多类型的数据。多

态可以让你的代码拥有更好的扩展性。

多态分两种分别为静态多态和动态多态：

静态多态：静态多态就是重载，因为是在编译期决议确定，所以称为静态多态。

动态多态：动态多态就是通过继承重写基类的虚函数实现的多态，因为是在运行时决议确定，所以称为动态多态。

而我们主要今天来看动态多态的问题。比如我们来看下面的代码，就是简单的动态多态：

class Person  {  public:      virtual void BuyTickets()      {          cout << " 买票" << endl;      }    protected:      string _name;   // 姓名  };    class Student : public Person  {  public:      virtual void BuyTickets()      {          cout << " 买票-半价 " << endl;      }    protected:      int _num;   //学号  };    void Fun(Person& p)  {      p.BuyTickets();  }    void Test()  {      Person p;      Student s;      Fun(p);      Fun(s);  }  int main()  {      Test();      system("pause");      return 0;  }  

构成多态的四大条件: (缺一不可)

1.不在同一作用域（分别在父类和子类）

2.函数名相等/参数相等/返回值相同/（协变除外）

3.基类函数必须有virtual关键字

4.访问修饰符可以不同

具体多态是如何实现的？？ 这里我们先从虚函数表这个知识点讲起，每一个带有虚函数的对象都会有一个虚函数表，虚

函数表里存的是函数指针，然后调用的时候，指针回去虚函数表里面访问查找。对于这个知识点我的另外一个博客很详细

的讲解到，大家可以先看看这个:深刻理解多态继承的基础虚函数类

然后我们来了解一下重写是什么东西?

重写的过程

如果这块还是不理解，你可以看我专门写虚函数那片博客，仔细看一定会看懂的.

接下来多态的原理我们就明白了吧. 发生重写之后，下一次父类指针指向我调用fun()函数的时候，它调用到的就是子类的

fun(）函数，其实多态就是这么简单，只要理解重写就理解多态. 虚函数表是我们必须掌握的一个知识点.

通过汇编来分析多态的实现

                                                                                                    

好了，我们继续往下走，刚刚我们从虚函数表这方面，探究了多态的实现，现在我们再从汇编的角度再来看多态是如何

实现的。我们来看一段新的代码：

class Person  {  public:      virtual void BuyTickets()      {          cout << " 买票" << endl;      }    protected:      string _name;   // 姓名  };    class Student : public Person  {  public:      virtual void BuyTickets()      {          cout << " 买票-半价 " << endl;      }    protected:      int _num;   //学号  };  void Fun(Person& p)  {      p.BuyTickets();  }    void Test()  {      Person p;      Student q;      Person* ptr = &q;      p.BuyTickets();      ptr->BuyTickets();  }  int main()  {      Test();      system("pause");      return 0;  }  

打开我们的反汇编窗口：

这里我们看到用指向子类的父类类型指针调用BuyTickets函数和直接用对象调用汇编代码相差巨大，一个只有2句话，一

个那么长，这是因为在发生多态时当你用指针调用时，系统不知道你要用哪一个函数，因为这里有多态现象，所以系统只

能老实的去虚函数表里查找，所以才会有这么多的代码，接下来我们来解释一下这些汇编，来看看系统是调用虚表的。

这里我们就关心到了那四个红色的句子，可以看到这里一直都是想讲虚函数表的地址传给系统，然后再传this指针，就

可以调用哪个函数了。蓝色的就是一个小知识~ 知道有这么个东西就好了.

虚函数是在基类中定义的，目的是不确定它的派生类的具体行为。例：

定义一个基类：class Animal//动物。它的函数为breathe()//呼吸。
再定义一个类class Fish//鱼 。它的函数也为breathe()
再定义一个类class Sheep //羊。它的函数也为breathe()
为了简化代码，将Fish,Sheep定义成基类Animal的派生类。

然而Fish与Sheep的breathe不一样，一个是在水中通过水来呼吸，一个是直接呼吸空气。所以基类不能确定该如何定义

breathe，所以在基类中只定义了一个virtual breathe,它是一个空的虚函数。具本的函数在子类中分别定义。程序一般

运行时，找到类，如果它有基类，再找它的基类，最后运行的是基类中的函数，这时，它在基类中找到的是virtual标识

的函数，它就会再回到子类中找同名函数。派生类也叫子类。基类也叫父类。这就是虚函数的产生和类的多态性的体现。

 一般情况下（没有涉及virtual函数），当我们用一个指针/引用调用一个函数的时候，被调用的函数是取决于这个指针

/引用的类型。即如果这个指针/引用是基类对象的指针/引用就调用基类的方法；如果指针/引用是派生类对象的指针/引

用就调用派生类的方法，当然如果派生类中没有此方法，就会向上到基类里面去寻找相应的方法。这些调用在编译阶段

就确定了。

  

当设计到多态性的时候，采用了虚函数和动态绑定，此时的调用就不会在编译时候确定而是在运行时确定。不在单独考

虑指针/引用的类型而是看指针/引用的对象的类型来判断函数的调用，根据对象中虚指针指向的虚表中的函数的地址来

确定调用哪个函数。

现在我们来一个小练习：

#include<iostream>  #include<Windows.h>  using namespace std;    class A  {  public:      void foo()      {          printf("1\n");      }      virtual void fun()      {          printf("2\n");      }  };  class B : public A  {  public:      void foo()      {          printf("3\n");      }      void fun()      {          printf("4\n");      }  };  int main(void)  {      A a;      B b;      A *p = &a;      p->foo();      p->fun();      p = &b;      p->foo();      p->fun();      system("pause");      return 0;  }  

 

这道题的运行结果分别是 1 2 1 4,，现在我们来分析为什么？

首先当一个父类类型指针指向父类时，我们应该知道这里没有多态，该怎么调用就怎么调用，所以调用了父类里面的

foo函数和fun函数。现在我们重点来看后面这个，现在B继承了A，我们先判断这里是否有多态现象（1.父类和子类是

否有重写现象

2.是否有父类类型的指针指向子类），现在很明显子类的fun函数重写了父类的fun函数，所以现在p->fun()调用的就

是子类的fun函数，然后foo函数，根本不构成多态，所以这里指针类型是什么那个对象就按那个对象调用。总结一下

当你碰到关于继承的问题，首先判断它里面是否有多态现象，如果没有那就根据指针/引用类型调用。如果有多态的

话，一定要注意根据指针/引用的指向对象判断。