【C++】多态详解
目录
一、多态的概念
二、多态的定义及实现
2.1 多态的构成条件
2.2 实现多态的两个必须条件
2.3 协变
2.4 析构函数的重写
2.5 override 和 final关键字
2.6 重载/重写/隐藏的对比
三、纯虚函数和抽象类
四、多态的原理
4.1 虚函数表指针
4.2 多态是如何实现的
4.3 动态绑定与静态绑定
4.4 虚函数表
正文：
一、多态的概念
通俗来说，多态就是同一个函数多种形态。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)主要是函数模板实例化，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（实例化），我们把编译时⼀般归为静态，运⾏时归为动态。
运行时多态(动态多态)要满足一定条件：具体点就是传不同的对象去完成不同的⾏为，以达到多种形态。
参数自动推导本质：编译器会根据调用时提供的实际参数类型，自动生成对应的模板实例，再通过重载匹配不同函数
二、多态的定义及实现
2.1 多态的构成条件
多态是⼀个继承关系下的类对象，去调⽤同⼀函数，产⽣了不同的⾏为。
2.2 实现多态的两个必须条件
（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。
多态要用到虚函数，这里的虚函数和虚继承是两个概念，虚继承是修饰继承方式解决菱形数据二义性，这里是要实现多态（比如 & 既是取地址也是引用）
virtual只能修饰成员函数不能修饰普通全局函数。虚函数重写或者覆盖:要求基类有个虚函数派生类有个虚函数，派生类和基类虚函数函数名、参数类型和返回值都相同。
继承不是把父类的函数拷给子类而是指先在子类查找再去父类查找
重写：用父类虚函数的声明+重写函数实现（父类参数有缺省值了子类的就无效）
2.3 协变
2.4 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。
我们构造一个类时，这个类如果可能被继承要把成员函数virtual加上，使其能够构成多态。
为什么在多态中父类析构函数要加virtual？不加virtual继承后派生类也会重写父类的析构那为什么还加？
关键点在于通过基类指针删除派生类对象时的行为差异！！！
如果基类析构函数不是virtual：编译器根据指针的静态类型(Base*)调用Base的析构函数，不会调用Derived的析构函数，Derived如果有额外资源会内存泄漏。
如果基类析构函数是virtual：通过虚函数表找到实际对象类型(Derived)的析构函数，先调用Derived析构函数，再自动调用Base析构函数
析构函数的调用机制：
当对象被销毁时，析构函数调用顺序是从派生类到基类（与构造函数相反）
即使不加virtual，派生类析构函数也会隐式调用基类析构函数
加virtual：
（1）确保正确的析构顺序：当通过基类指针删除派生类对象时，如果基类析构函数不是虚函数，只会调用基类的析构函数，而不会调用派生类的析构函数，导致派生类资源泄漏。
（2）多态行为的完整性：虚析构函数是多态行为的一部分，确保对象能够按照其实际类型被正确销毁。
2.5 override 和 final关键字
从上面可以看出，C++对虚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debug会得不偿失，因此C++11提供了override，可以帮助⽤⼾检测是否重写。
如果我们不想让派⽣类重写这个虚函数，那么可以⽤final去修饰。
2.6 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。
四、多态的原理
4.1 虚函数表指针
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。
在计算有虚函数类大小时，只要有虚函数这个类就要多加一个指针大小4/8，称为虚表指针，有多个虚函数他的指针大小还是4/8不会变大
X86下：
4.2 多态是如何实现的
通过下图我们可以看到，满足多态条件后，底层不再是编译时通过调⽤对象确定函数的地址，⽽是运⾏时到指向的对象的虚表中确定对应的虚函数的地址，这样就实现了指针或引⽤指向基类就调⽤基类的虚函数，指向派⽣类就调⽤派⽣类对应的虚函数。无论是基类还是派生类看到的都是父类的那部分，因为当派生类对象被切片赋值给基类对象时，只能看到基类部分，除非重写函数才会覆盖父类原本的虚函数。
重写是语法层，覆盖是原理层，覆盖后虚表不再指向父类原有的虚函数而是指向重写的虚函数
运行时多态原理:运行时，到指向的对象虚表中找到对应的虚函数地址进行调用
4.3 动态绑定与静态绑定
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。
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，也就做动态绑定。
4.4 虚函数表
（1）基类对象的虚函数表中存放基类所有虚函数的地址。同类型的对象共⽤同⼀张虚表，不同类型的对象各⾃有独⽴的虚表，所以基类和派⽣类有各⾃独⽴的虚表。
（2）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。但是要注意的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。
（3）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。
（4）派⽣类的虚函数表中包含三个部分：(1)基类的虚函数地址【没被重写的父类虚函数】，(2)派⽣类重写的虚函数地址完成覆盖，（3）派⽣类⾃⼰的虚函数地址【派生类新增的虚函数（基类中没有的虚函数）】这些新函数会被添加到虚函数表的末尾。
（5）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++系列编译不会放)
（6）虚函数存在哪的？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。
（7）虚函数表存在哪的？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)
完，下次再见