c++ 多态 運作時多态和編譯時多态_C++ 多态與虛函數

這一篇介紹一下 C++ 面向對象三大特征之一的多态(之前面試某大廠的實習生被問到多态，後來又了解到一些設計模式，才體會到多态的強大，在這裡把對多态的一點點淺顯認識總結一下)

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多态

• 父類的一個指針，可以有多種執行狀态(父類的指針調用子類的函數)，即多态
• 多态實際上隻是一種思想，而虛函數是實作這個思想的文法基礎

虛函數

虛表

• 若對象有虛函數，對象空間最開始 4Byte(32Bit目标平台)或 8Byte(64bit目标平台)内容是虛表(虛函數清單)的首位址，叫虛指針
• 在執行個體化對象時，編譯器檢測到虛函數(virtual修飾的成員函數)時，會将虛函數的位址放到虛表(類似于一個存放函數指針的數組)中
• 當執行個體化子類時，檢測到有虛函數的重寫，編譯器會用子類重寫的虛函數位址覆寫掉之前父類的虛函數位址，當調用虛函數時，檢測到函數是虛函數就會從虛表中找對應的位置調用，若子類沒有重寫，虛表中的虛函數位址就還是父類的，若子類中有重寫，虛表記錄的就是子類重寫的虛函數位址，即實作了父類的指針調用子類的函數
• 虛表中先記錄父類中的虛函數位址，接着記錄子類中虛函數位址(若子類重寫父類的虛函數則是覆寫)
• 最後虛表還有一個尾值是 0

class 
           

虛函數

• 在一般成員函數前面加 virtual 即可将成員函數聲明為虛函數

class 
           

• 在單一 class 中實作虛函數意義并不大，虛函數主要是為了實作子類函數重寫父類函數的作用
• 要實作多态，通常父類中的虛函數與子類中的函數的傳回值類型、函數名和參數清單必須都相同的，但是在協變的情況下傳回值類型可以不一樣，協變即虛函數的傳回值類型為所在類的指針或引用

// ====== 一般多态的實作 ======
           

• 子類重寫的函數預設是虛函數，也可以顯式的加上 virtual，也可以不加
• 虛函數不能是内聯函數，加上 inline 是沒有效果的
• 構造函數不能是虛函數
• 析構函數可以是虛函數(在多态中應寫虛析構)

class 
           

純虛函數

• virtual void fun() = 0; // 這是純虛函數的形式
• 純虛函數可以沒有函數實作，有純虛函數的類不能執行個體化對象，繼承有純虛函數的父類的子類必須在子類中實作它，子類才能執行個體化對象，如果不在子類中實作它，子類也不能執行個體化對象
• 抽象類，有純虛函數的類就是抽象類
• 接口類，除資料成員和構造函數外，其餘全是純虛函數的類，子類繼承接口類必須實作全部的純虛函數
• 構造函數不可以是純虛函數

class 
           

虛析構

• 在多态中，如果釋放父類指針(指向子類的父類指針)，隻會調用父類的析構函數，将父類的析構函數聲明為虛函數(虛析構，加 virtual 修飾的析構函數)，就會先調用子類的析構函數再調用父類的析構函數，是以在多态中，要用虛析構
• 父類的析構函數加了 virtual 修飾，delete 會調用子類和父類的析構函數，子類可以顯式的加 virtual ，也可以不加， 預設是有的 virtual
• 還有一點需要注意的，delete 誰的指針就會調用誰的析構函數

如果未特殊說明，以上測試均是在win10 vs2017 64bit編譯器下進行的