C 多态总结

1、多态的实现三个条件：

(1)要有继承

(2)要有虚函数重写(即动态绑定)

(3)至少有一个基类类型的指针或基类类型的引用。这个指针和引用可以对virtual成员函数进行调用

C++的多态性分为两种：编译时的多态、运行时的多态； 使用重载来实现编译时的多态，使用虚函数来实现运行时的多态。

 

2、基类中的虚函数必须要实现吗？

（1）在main函数中，如果有基类或者派生类的实例对象，就需要有基类的虚函数的实现。

（2）在main函数中，如果没有基类或者派生类的实例对象，可以不实现基类的虚函数。

（3）如果把虚函数写成纯虚函数，也就不需要实现了。

 

3、如果基类中有纯虚函数，为什么基类不能实例化对象。

先从反面来讲：如果含有纯虚函数的类可以定义对象，那么该对象就应该可以调用类中的纯虚函数，但是纯虚函数是没有实现的，这就是个矛盾的。

正面来讲：普通类具有成员函数，构造类的对象时，会对成员变量和成员函数分配内存。含有纯虚函数的类，定义了成员函数的地址是空，无法分配内存，该成员函数对类是没有意义的，失去了普通类的数据和方法绑定于同一对象中的意义，因此无法构造对象，只能通过派生类继承这些成员函数并实现，才能构造派生类对象。此时抽象类就起到了定义接口的作用。

抽象类将事物的描述和实现区分开来，选择纯虚函数的概念，是想将一个类声明为抽象类的思想明确化，选择性的定义函数​是一种灵活的多的方式，是实现多态的基础。

 

4、什么是动态绑定(晚绑定)？

动态绑定是指在执行期间（非编译期）判断所引用对象的实际类型，根据其实际的类型调用其相应的方法。程序运行过程中，把函数（或过程）调用与响应调用所需要的代码相结合的过程称为动态绑定。

含有虚函数的基类对象和派生类对象都有vptr指针，每个类的vptr指针指向相应的虚函数表。基类指针(或引用)指向派生类对象(或引用)时调用虚函数时，派生类vptr指针找到虚函数表，根据虚函数表找到相应虚函数的入口地址，然后进行调用。这是动态联编。

动态联编是指在程序运行的时候，编译器才去判断调用哪个函数或如何执行程序。如if-else结构、switch结构等。

静态联编是指程序在编译阶段就确定了如何执行。

为什么虚函数在编译期间无法绑定？

因为不确定运行期的状态，假设 func() 为虚函数，指针p 的类型为基类A，那么 p->func() 可能调用 A 类的函数，也可能调用派生类 B、C 的函数，不能根据指针 p 的类型对函数重命名。也就是说，虚函数在编译期间无法绑定。

 

5、继承中的指针问题

（1）指向基类的指针可以指向派生类对象，当基类指针指向派生类对象时，这种指针只能访问派生对象从基类继承而来的那些成员，不能访问子类特有的元素，除非应用强类型转换，例如有基类B和从B派生的子类D，则B *p;D dd; p=&dd是可以的，指针p只能访问从基类派生而来的成员，不能访问派生类D特有的成员．因为基类不知道派生类中的这些成员。

例如：

class A
{
public:
	virtual void func()
	{
		cout << "father" << endl;
	}
private:
};

class B :public A
{
public:
	virtual void func1()
	{
		cout << "son" << endl;
	}
private:
};

int main()
{
	A *pa = NULL;
	B* pb = NULL;
	pb = (B*)pa;  //父类指针强制转换为子类指针

	system("pause");	
	return 0;
}	

 

（2）不能使用派生类指针指向基类对象，派生类对象可以直接给父类对象赋值。

当基类的指针（P）指向派生类的时候，只能操作派生类中从基类中继承过来的数据。

派生类可能不仅仅从基类处继承了基类成员，还可能自己拥有特有的成员，所以派生类的指针，内存空间可能会比基类长，派生类指针可能会调用基类对象所不具有的数据，可能会造成错误，因此不能用派生类指针指向基类对象。

因为子类对象会继承父类的数据，因此子类对象可以对父类对象赋值；而父类可能会不具有子类特有的数据，因此父类对象不能对子类对象进行赋值。

类型兼容性原则：

子类对象可以当做父类对象使用；

子类对象可以直接给父类对象赋值；

子类对象可以直接初始化父类对象；

父类指针可以指向子类对象；

父类引用可以直接引用子类对象；

（3）如果派生类中覆盖了基类中的成员变量或函数（无虚函数重写），则当声明一个基类指针指向派生类对象时，这个基类指针只能访问基类中的成员变量或函数。

（4）如果基类指针指向派生类对象，则当对其进行增减运算时，它将指向它所认为的基类的下一个对象，而不会指向派生类的下一个对象，因此，应该认为对这种指针进行的增减操作是无效的。

 

6、虚函数使用和定义规则：

（1）非类的成员函数不能定义为虚函数，类的成员函数中静态成员函数和构造函数也不能定义为虚函数，但可以将析构函数定义为虚函数。实际上，优秀的程序员常常把基类的析构函数定义为虚函数。

因为，将基类的析构函数定义为虚函数后，当利用delete删除一个指向派生类定义的对象指针时，系统会调用相应的类的析构函数。而不将析构函数定义为虚函数时，只调用基类的析构函数。

（2）只需要在声明函数的类体中使用关键字“virtual”将函数声明为虚函数，而定义函数时不需要使用关键字“virtual”。

（3）如果声明了某个成员函数为虚函数，则在该类中不能出现和这个成员函数同名并且返回值、参数个数、参数类型都相同的非虚函数。在以该类为基类的派生类中，也不能出现这种非虚的同名、同返回值、同参数个数、同参数类型函数。

 

7、类的静态函数和构造函数不可以定义为虚函数：

（1） 静态函数的目的是通过类名+函数名访问类的static变量，或者通过对象调用staic函数实现对static成员变量的读写，要求内存中只有一份数据。而虚函数在子类中重写，并且通过多态机制实现动态调用，在内存中需要保存不同的重写版本。

（2）  构造函数的作用是构造对象，而虚函数的调用是在对象已经构造完成，并且通过调用时动态绑定。动态绑定是因为每个类对象内部都有一个指针，指向虚函数表的首地址。而且虚函数，类的成员函数，static成员函数都不是存储在类对象中，而是在内存中只保留一份。

 

8、为什么C++调用空指针对象的成员函数可以运行通过？

当我们定义一个类的对象为空时，这时我们调用该对象中的函数，我们会发现当调用非虚函数时仍可以正常调用，而如果要调用虚函数则会报错。如下示例：

class Fa
{
public:
	virtual void func1()
	{
		cout << "father  func1" << endl;
	}

	void func2()
	{
		cout << "father func2" << endl;
	}
};

int main()
{	
	Fa *fa = NULL;
	fa->func2();  

	system("pause");	
	return 0;
}	

结果为：

当我们调用虚函数func1()时，会报一个内存错误：

 

当我们把申请的内存delete后，再测一下，看情况如何：

int main()
{
	Fa *fa = new Fa;;
	delete fa;
	fa->func2();
	
	system("pause");	
	return 0;
}	

结果如下，可以看出我们仍然可以调用该成员函数

但当我们，调用虚函数func1()时，仍然会报错。

 

由以上几种情况我们发现当类的对象指针为空时，并不是指该对象就不存在，当我们的指针没有用来指向其他地方时，此时该指针都可以调用类中成员函数，但无法调用其虚函数。同样的道理，当我们用 delete 释放一个类的对象内存空间时，并不是将该对象内存空间进行清除，而是将这块内存的使用权释放了，但里面的东西可能还依然存在，所以在这块内存被其他对象占用之前里面的东西依然会存在，所以即使我们将对象指针指向空后，依然可以调用类中的函数。

这里要强调的是，delete只是把指针所指的内存释放掉，并没有把指针本身给干掉。我们平常将指针所指内存释放掉之后会让内存指向空，这是为了防止产生野指针，为了下次调用指针的时候方便判断使用，并不是将该指针指向NULL后指针什么都没有了。

C++只关心你的指针类型，不关心指针指向的对象是否有效，C++要求程序员自己保证指针的有效性。

编译期绑定(静态绑定)的函数，会给出一个入口地址，因此可以通过这个地址调用函数。

而在运行期绑定(动态绑定)的函数(如func1)，不会提前确定该函数的入口地址，指针为NULL，无法找到虚函数表，所以也就无法调用func1()函数。