C++ 多态知识解密
0 - 前言
本文主要参考以下两篇大佬博客：
1 - 多态是什么
简单来说就是使一条语句有多种状态。
2 - 多态实现方式
这里涉及到静态联编与动态联编
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静态联编：在程序的编译期间就能确定具体的函数调用；如函数重载，非虚函数重写；静态联编又叫静态多态是编译器在编译期间完成的，编译器会根据实参类型来选择调用合适的函数，如果有合适的函数就调用，没有的话就会发出警告或者报错
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动态联编：在程序实际运行后才能确定具体的函数调用；如虚函数重写，switch 语句和 if 语句；动态联编又叫动态多态是在程序运行时根据父类的引用（指针）指向的对象来确定自己具体该调用哪一个类的虚函数。
那么又延伸出三个概念：重载、重写、重定义
1、函数重载：在同一作用域内（如类内），函数名相同，形参个数/形参类型不同，返回值可以相同也可以不同。但是，两个函数函数名、形参个数、形参类型都相同，只有返回值不同时，无法构成重载。下面例子中，两个func()函数就是属于函数重载的情况
class Child : public Parent
{
public:
void func(int i, int j)
{
cout << "Child::void func(int i, int j) : " << i + j << endl;
}
void func(int i, int j, int k)
{
cout << "Child::void func(int i, int j, int k) : " << i + j + k << endl;
}
};
2、函数重写：
在不同作用域内（两个函数一个在父类，一个在子类），函数名、形参个数、形参类型、返回值类型都相同。注意的是，函数重写一定是子类函数重写父类函数，也就是说一定要出现继承关系。
这里分为两种情况：1、非虚函数重写（静态）；2、虚函数重写（动态），真正意义上的重写
这两种情况的区别来看一个例子：
//非虚函数重写
class Parent {
public:
void print() {
cout << "I'm Parent." << endl;
}
};
class Child : public Parent {
public:
void print() {
cout << "I'm Child." << endl;
}
};
void how_to_print(Parent* p) {
p->print();
}
int main() {
Parent p;
Child c;
how_to_print(&p); // I'm Parent // Expected to print: I'm Parent.
how_to_print(&c); // I'm Parent // Expected to print: I'm Child.
return 0;
}
可以看到，在非虚函数重写中：使用父类指针指向父类对象能够调用父类函数，但是，使用父类指针调用子类对象，调用的仍旧是父类函数，并没有调用子类重写的函数。这是因为：在编译期间，编译器只能根据指针的类型判断所指向的对象；根据赋值兼容，编译器认为父类指针指向的是父类对象；因此，编译结果只可能是调用父类中定义的同名函数
那么虚函数重写呢？再看下面的例子：
//虚函数重写
class Parent {
public:
virtual void print() {
cout << "I'm Parent." << endl;
}
};
class Child : public Parent {
public:
void print() {
cout << "I'm Child." << endl;
}
};
void how_to_print(Parent* p) {
p->print();
}
int main() {
Parent p;
Child c;
how_to_print(&p); // I'm Parent // Expected to print: I'm Parent.
how_to_print(&c); // I'm Child // Expected to print: I'm Child.
return 0;
}
可见，将父类函数声明为虚函数以后（使用virtual关键字，注意子类重写函数带不带virtual无所谓），父类指针再次指向子类对象时，调用的子类函数就是重写之后的子类函数
3、函数重定义：不同作用域内的两个函数（一个在父类一个在子类），只要函数名相同，且不构成重写，均称之为重定义
3 - 动态多态的实现原理
其实就是父类指针（引用）调用实际指向对象的过程实现原理
1. 即当父类指针（引用）指向 父类对象时，就调用父类中定义的虚函数；
2. 即当父类指针（引用）指向 子类对象时，就调用子类中定义的虚函数；
实现动态多态有三个条件：
1. 要有继承
2. 要有虚函数重写（被 virtual 声明的函数叫虚函数）
3. 要有父类指针（父类引用）指向子类对象
关于动态多态的实现原理，就涉及到了虚函数表与vptr指针
1. 当类中声明虚函数时，编译器会在类中生成一个虚函数表；
2. 虚函数表是一个存储类成员函数指针的数据结构；
3. 虚函数表是由编译器自动生成与维护的；
4. virtual成员函数会被编译器放入虚函数表中；
5. 存在虚函数时，每个对象中都有一个指向虚函数表的指针(vptr指针)。
多态执行过程：
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在类中，用 virtual 声明一个函数时，就会在这个类中对应产生一张 虚函数表，将虚函数存放到该表中；
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用这个类创建对象时，就会产生一个 vptr指针，这个vptr指针会指向对应的虚函数表；
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在多态调用时, vptr指针 就会根据这个对象 在对应类的虚函数表中 查找被调用的函数，从而找到函数的入口地址；
》 如果这个对象是 子类的对象，那么vptr指针就会在 子类的 虚函数表中查找被调用的函数
》 如果这个对象是 父类的对象，那么vptr指针就会在 父类的 虚函数表中查找被调用的函数
4 - 纯虚函数、抽象类、接口
纯虚函数与普通虚函数的区别在于：有没有定义具体的函数体
//普通虚函数
virtual void print() {
cout << "I'm Parent." << endl;
}
//纯虚函数
virtual void print() = 0;
纯虚函数只有被实现以后才能成为虚函数，也就是说，父类中的纯虚函数不能被调用，只能在子类中重写此函数
含有纯虚函数的类就成为抽象类；如果子类没有重写纯虚函数，那么子类也是抽象类；抽象类不能用来创建对象
接口：类中没有任何成员变量 && 所有成员函数全是公有纯虚函数，这个类就是一个接口
用来判断一个类时抽象类还是接口的依据：类中全是纯虚函数就是接口；类中部分是纯虚函数就是抽象类