C++編程語言是一款應(yīng)用廣泛，支持多種程序設(shè)計的計算機(jī)編程語言。我們今天就會為大家詳細(xì)介紹其中C++多態(tài)性的一些基本知識，以方便大家在學(xué)習(xí)過程中對此能夠有一個充分的掌握。
多態(tài)性可以簡單地概括為“一個接口，多種方法”，程序在運(yùn)行時才決定調(diào)用的函數(shù)，它是面向?qū)ο缶幊填I(lǐng)域的核心概念。多態(tài)(polymorphisn)，字面意思多種形狀。
C++多態(tài)性是通過虛函數(shù)來實現(xiàn)的，虛函數(shù)允許子類重新定義成員函數(shù)，而子類重新定義父類的做法稱為覆蓋(override)，或者稱為重寫。（這里我覺得要補(bǔ)充，重寫的話可以有兩種，直接重寫成員函數(shù)和重寫虛函數(shù)，只有重寫了虛函數(shù)的才能算作是體現(xiàn)了C++多態(tài)性）而重載則是允許有多個同名的函數(shù)，而這些函數(shù)的參數(shù)列表不同，允許參數(shù)個數(shù)不同，參數(shù)類型不同，或者兩者都不同。編譯器會根據(jù)這些函數(shù)的不同列表，將同名的函數(shù)的名稱做修飾，從而生成一些不同名稱的預(yù)處理函數(shù)，來實現(xiàn)同名函數(shù)調(diào)用時的重載問題。但這并沒有體現(xiàn)多態(tài)性。
多態(tài)與非多態(tài)的實質(zhì)區(qū)別就是函數(shù)地址是早綁定還是晚綁定。如果函數(shù)的調(diào)用，在編譯器編譯期間就可以確定函數(shù)的調(diào)用地址，并生產(chǎn)代碼，是靜態(tài)的，就是說地址是早綁定的。而如果函數(shù)調(diào)用的地址不能在編譯器期間確定，需要在運(yùn)行時才確定，這就屬于晚綁定。
那么多態(tài)的作用是什么呢，封裝可以使得代碼模塊化，繼承可以擴(kuò)展已存在的代碼，他們的目的都是為了代碼重用。而多態(tài)的目的則是為了接口重用。也就是說，不論傳遞過來的究竟是那個類的對象，函數(shù)都能夠通過同一個接口調(diào)用到適應(yīng)各自對象的實現(xiàn)方法。
最常見的用法就是聲明基類的指針，利用該指針指向任意一個子類對象，調(diào)用相應(yīng)的虛函數(shù)，可以根據(jù)指向的子類的不同而實現(xiàn)不同的方法。如果沒有使用虛函數(shù)的話，即沒有利用C++多態(tài)性，則利用基類指針調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)的時候，將總被限制在基類函數(shù)本身，而無法調(diào)用到子類中被重寫過的函數(shù)。因為沒有多態(tài)性，函數(shù)調(diào)用的地址將是一定的，而固定的地址將始終調(diào)用到同一個函數(shù)，這就無法實現(xiàn)一個接口，多種方法的目的了。
筆試題目：
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#include<iostream>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(); return 0;} |
第一個p->foo()和p->fuu()都很好理解，本身是基類指針，指向的又是基類對象，調(diào)用的都是基類本身的函數(shù)，因此輸出結(jié)果就是1、2。
第二個輸出結(jié)果就是1、4。p->foo()和p->fuu()則是基類指針指向子類對象，正式體現(xiàn)多態(tài)的用法，p->foo()由于指針是個基類指針，指向是一個固定偏移量的函數(shù)，因此此時指向的就只能是基類的foo()函數(shù)的代碼了，因此輸出的結(jié)果還是1。而p->fun()指針是基類指針，指向的fun是一個虛函數(shù)，由于每個虛函數(shù)都有一個虛函數(shù)列表，此時p調(diào)用fun()并不是直接調(diào)用函數(shù)，而是通過虛函數(shù)列表找到相應(yīng)的函數(shù)的地址，因此根據(jù)指向的對象不同，函數(shù)地址也將不同，這里將找到對應(yīng)的子類的fun()函數(shù)的地址，因此輸出的結(jié)果也會是子類的結(jié)果4。
筆試的題目中還有一個另類測試方法。即
B *ptr = (B *)&a; ptr->foo(); ptr->fun();
問這兩調(diào)用的輸出結(jié)果。這是一個用子類的指針去指向一個強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為子類地址的基類對象。結(jié)果，這兩句調(diào)用的輸出結(jié)果是3，2。
并不是很理解這種用法，從原理上來解釋，由于B是子類指針，雖然被賦予了基類對象地址，但是ptr->foo()在調(diào)用的時候，由于地址偏移量固定，偏移量是子類對象的偏移量，于是即使在指向了一個基類對象的情況下，還是調(diào)用到了子類的函數(shù)，雖然可能從始到終都沒有子類對象的實例化出現(xiàn)。
而ptr->fun()的調(diào)用，可能還是因為C++多態(tài)性的原因，由于指向的是一個基類對象，通過虛函數(shù)列表的引用，找到了基類中fun()函數(shù)的地址，因此調(diào)用了基類的函數(shù)。由此可見多態(tài)性的強(qiáng)大，可以適應(yīng)各種變化，不論指針是基類的還是子類的，都能找到正確的實現(xiàn)方法。
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//小結(jié)：1、有virtual才可能發(fā)生多態(tài)現(xiàn)象// 2、不發(fā)生多態(tài)（無virtual）調(diào)用就按原類型調(diào)用#include<iostream>using namespace std;class Base{public: virtual void f(float x) { cout<<"Base::f(float)"<< x <<endl; } void g(float x) { cout<<"Base::g(float)"<< x <<endl; } void h(float x) { cout<<"Base::h(float)"<< x <<endl; }};class Derived : public Base{public: virtual void f(float x) { cout<<"Derived::f(float)"<< x <<endl; //多態(tài)、覆蓋 } void g(int x) { cout<<"Derived::g(int)"<< x <<endl; //隱藏 } void h(float x) { cout<<"Derived::h(float)"<< x <<endl; //隱藏 }};int main(void){ Derived d; Base *pb = &d; Derived *pd = &d; // Good : behavior depends solely on type of the object pb->f(3.14f); // Derived::f(float) 3.14 pd->f(3.14f); // Derived::f(float) 3.14 // Bad : behavior depends on type of the pointer pb->g(3.14f); // Base::g(float) 3.14 pd->g(3.14f); // Derived::g(int) 3 // Bad : behavior depends on type of the pointer pb->h(3.14f); // Base::h(float) 3.14 pd->h(3.14f); // Derived::h(float) 3.14 return 0;} |
令人迷惑的隱藏規(guī)則
本來僅僅區(qū)別重載與覆蓋并不算困難，但是C++的隱藏規(guī)則使問題復(fù)雜性陡然增加。
這里“隱藏”是指派生類的函數(shù)屏蔽了與其同名的基類函數(shù)，規(guī)則如下：
（1）如果派生類的函數(shù)與基類的函數(shù)同名，但是參數(shù)不同。此時，不論有無virtual
關(guān)鍵字，基類的函數(shù)將被隱藏（注意別與重載混淆）。
（2）如果派生類的函數(shù)與基類的函數(shù)同名，并且參數(shù)也相同，但是基類函數(shù)沒有virtual
關(guān)鍵字。此時，基類的函數(shù)被隱藏（注意別與覆蓋混淆）。
上面的程序中：
（1）函數(shù)Derived::f(float)覆蓋了Base::f(float)。
（2）函數(shù)Derived::g(int)隱藏了Base::g(float)，而不是重載。
（3）函數(shù)Derived::h(float)隱藏了Base::h(float)，而不是覆蓋。
C++純虛函數(shù)
一、定義
純虛函數(shù)是在基類中聲明的虛函數(shù)，它在基類中沒有定義，但要求任何派生類都要定義自己的實現(xiàn)方法。在基類中實現(xiàn)純虛函數(shù)的方法是在函數(shù)原型后加“=0”
virtual void funtion()=0
二、引入原因
1、為了方便使用多態(tài)特性，我們常常需要在基類中定義虛擬函數(shù)。
2、在很多情況下，基類本身生成對象是不合情理的。例如，動物作為一個基類可以派生出老虎、孔雀等子類，但動物本身生成對象明顯不合常理。
為了解決上述問題，引入了純虛函數(shù)的概念，將函數(shù)定義為純虛函數(shù)（方法：virtual ReturnType Function()= 0;），則編譯器要求在派生類中必須予以重寫以實現(xiàn)多態(tài)性。同時含有純虛擬函數(shù)的類稱為抽象類，它不能生成對象。這樣就很好地解決了上述兩個問題。
三、相似概念
1、多態(tài)性
指相同對象收到不同消息或不同對象收到相同消息時產(chǎn)生不同的實現(xiàn)動作。C++支持兩種多態(tài)性：編譯時多態(tài)性，運(yùn)行時多態(tài)性。
a、編譯時多態(tài)性：通過重載函數(shù)實現(xiàn)
b、運(yùn)行時多態(tài)性：通過虛函數(shù)實現(xiàn)。
2、虛函數(shù)
虛函數(shù)是在基類中被聲明為virtual，并在派生類中重新定義的成員函數(shù)，可實現(xiàn)成員函數(shù)的動態(tài)覆蓋（Override）
3、抽象類
包含純虛函數(shù)的類稱為抽象類。由于抽象類包含了沒有定義的純虛函數(shù)，所以不能定義抽象類的對象。
