c++ 多态 运行时多态和编译时多态_C++ 多态与虚函数

这一篇介绍一下 C++ 面向对象三大特征之一的多态(之前面试某大厂的实习生被问到多态，后来又了解到一些设计模式，才体会到多态的强大，在这里把对多态的一点点浅显认识总结一下)

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多态

• 父类的一个指针，可以有多种执行状态(父类的指针调用子类的函数)，即多态
• 多态实际上只是一种思想，而虚函数是实现这个思想的语法基础

虚函数

虚表

• 若对象有虚函数，对象空间最开始 4Byte(32Bit目标平台)或 8Byte(64bit目标平台)内容是虚表(虚函数列表)的首地址，叫虚指针
• 在实例化对象时，编译器检测到虚函数(virtual修饰的成员函数)时，会将虚函数的地址放到虚表(类似于一个存放函数指针的数组)中
• 当实例化子类时，检测到有虚函数的重写，编译器会用子类重写的虚函数地址覆盖掉之前父类的虚函数地址，当调用虚函数时，检测到函数是虚函数就会从虚表中找对应的位置调用，若子类没有重写，虚表中的虚函数地址就还是父类的，若子类中有重写，虚表记录的就是子类重写的虚函数地址，即实现了父类的指针调用子类的函数
• 虚表中先记录父类中的虚函数地址，接着记录子类中虚函数地址(若子类重写父类的虚函数则是覆盖)
• 最后虚表还有一个尾值是 0

class 

虚函数

• 在一般成员函数前面加 virtual 即可将成员函数声明为虚函数

class 

• 在单一 class 中实现虚函数意义并不大，虚函数主要是为了实现子类函数重写父类函数的作用
• 要实现多态，通常父类中的虚函数与子类中的函数的返回值类型、函数名和参数列表必须都相同的，但是在协变的情况下返回值类型可以不一样，协变即虚函数的返回值类型为所在类的指针或引用

// ====== 一般多态的实现 ======

• 子类重写的函数默认是虚函数，也可以显式的加上 virtual，也可以不加
• 虚函数不能是内联函数，加上 inline 是没有效果的
• 构造函数不能是虚函数
• 析构函数可以是虚函数(在多态中应写虚析构)

class 

纯虚函数

• virtual void fun() = 0; // 这是纯虚函数的形式
• 纯虚函数可以没有函数实现，有纯虚函数的类不能实例化对象，继承有纯虚函数的父类的子类必须在子类中实现它，子类才能实例化对象，如果不在子类中实现它，子类也不能实例化对象
• 抽象类，有纯虚函数的类就是抽象类
• 接口类，除数据成员和构造函数外，其余全是纯虚函数的类，子类继承接口类必须实现全部的纯虚函数
• 构造函数不可以是纯虚函数

class 

虚析构

• 在多态中，如果释放父类指针(指向子类的父类指针)，只会调用父类的析构函数，将父类的析构函数声明为虚函数(虚析构，加 virtual 修饰的析构函数)，就会先调用子类的析构函数再调用父类的析构函数，所以在多态中，要用虚析构
• 父类的析构函数加了 virtual 修饰，delete 会调用子类和父类的析构函数，子类可以显式的加 virtual ，也可以不加， 默认是有的 virtual
• 还有一点需要注意的，delete 谁的指针就会调用谁的析构函数

如果未特殊说明，以上测试均是在win10 vs2017 64bit编译器下进行的