1、多态概念
多态一词最初来源于希腊语,意思是具有多种形式或形态的情形。
同一个事物,在不同场景之下的多种形态。
在C++里,多态的意思是提供一个接口,但是可以有多种实现方式。
比如学校餐厅的大门是一个接口,买饭的人从这个接口进去,想买重庆小面的人去重庆小面窗口,想买鸡排饭的人去鸡排饭窗口。
多态分为静态多态和动态多态两种:
- 静态多态: (函数重载,泛型编程)编译器在编译期间完成的,编译器根据函数实参的类型(可能会进行隐式类型转换),可推断出要调用哪个函数,如果有对应的函数就调用该函数,否则出现编译错误。
- 动态多态: (虚函数)在程序执行期间(非编译期)判断所引用对象的实际类型,根据其实际类型调用相应的方法。
2、动态多态实现条件
- 基类中必须有虚函数,派生类中必须对基类的虚函数进行重写。
- 通过基类的指针或引用来调用虚函数。
Why:
如果不使用基类的引用或者指针来调用虚函数,会创建一个临时变量,就不能取出对象模型中的虚表,也就不能通过虚表调用虚函数,也就不能实现多态了。
3、多态实现原理:对象模型+虚函数+重写
3.1 重载
- 在同一作用域
- 函数名相同
- 参数列表不同
- 返回值可以不同
3.2 重写(覆盖)
- 不在同一作用域(分别在基类作用域和派生类作用域)
- 函数名相同&参数相同&返回值相同(协变例外)
- 积累函数必须有virtual关键字
- 访问修饰符可以不同
注意:协变例外,虚析构函数例外,访问修饰符可以不同。
协变:
- 基类虚函数返回基类的指针或引用;
- 派生类虚函数返回派生类的指针或引用。
3.3 重定义(隐藏)
- 在不同作用域里(分别在基类和派生类 )
- 函数名相同
- 在基类和派生类中只要不构成重写就是重定义
4、多态调用过程
- 检测被调用函数是否为虚函数(通过调用对象的对象模型)
- 步骤1不满足的话直接调用基类(编译期间确定)
- 从对象前4个字节取出虚表的地址->虚函数地址
- 传参
- call 虚函数
5、对象模型—-虚表剖析
对于有虚函数的类,编译器都会维护一张虚函数表(虚表),对象的前四个字节就是指向虚表的指针(虚表指针)。
【注】:通过基类的引用或指针调用虚函数时,调用基类还是派生类的虚函数,要根据运行时根据引用(指针)实际引用(指向)的类型确定。调用非虚函数时,则无论基类引用(指向)的是何种类型,都调用的是基类的函数。
5.1 单继承:
基类虚表:虚函数地址按照在类中的声明顺序排列;
派生类虚表:
- 先将基类的虚表中的内容拷贝一份;
- 如果派生类中有对基类中的虚函数构成重写的函数,则使用派生类的虚函数替换相同偏移量位置的基类虚函数;
- 如果派生类中有增加自己的虚函数,则按照其在派生类中的声明顺序放在上述虚函数地址之后;
5.2 多继承
基类虚表: 与上述情况完全相同
派生类虚表:
- 先将基类的虚表中的内容拷贝一份;
- 如果派生类中有对基类中的虚函数构成重写的函数,则使用派生类的虚函数替换相同偏移量位置的基类虚函数;
- 如果派生类中有增加自己的虚函数,则按照其在派生类中的声明顺序放在上述虚函数地址之后;
- 如果派生类的多个基类中均有虚函数,将派生类自己新增加的虚函数放在第一个“基类虚表”之后;