多态

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多态的概念

通俗来说，就是多种形态，具体而言就是为了完成某一个行为，当不同的对象去完成时会产生不同的状态。

举个栗子：同样是去景区游玩，但是在买票时却不一样——普通人买的时全价票，学生买的是半价票，军人是优先购票。

多态的定义及实现

多态定义的构成条件

多态是在不同继承关系的类对象，去调用同一函数，产生了不同的行为。比如Student继承了Person。Person对象买票全价，Student对象买票半价。
那么在继承中要构成多态还有两个条件：

  1. 调用函数的对象必须是指针或者引用。
  2. 被调用的函数必须是虚函数，且完成了虚函数的重写

虚函数

虚函数：就是在类的成员函数的前面加virtual关键字

虚函数重写

派生类中有一个跟基类的完全相同虚函数，我们就称子类的虚函数重写了基类的虚函数，完
全相同是指：函数名、参数、返回值都相同。另外虚函数的重写也叫作虚函数的覆盖

虚函数重写的例外：协变

虚函数重写有一个例外：重写的虚函数的返回值可以不同，但是必须分别是基类指针和派生类指针或者基类
引用和派生类引用。协变我们了解一下就可以了，这个用得很少

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class A{};

class B : public A {};

class Person {
public:
 virtual A* f() {return new A;}
};

class Student : public Person {
public:
 virtual B* f() {return new B;}
};
不规范的重写行为

在派生类中重写的成员函数可以不加virtual关键字，也是构成重写的，因为继承后基类的虚函数被继承下来
了在派生类依旧保持虚函数属性，我们只是重写了它。但是这是非常不规范的，我们平时不要这样使用

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class Person {
public:
 virtual void BuyTicket() {cout << "买票-全价" << endl;}
};
class Student : public Person {
public:
 void BuyTicket() {cout << "买票-半价" << endl;}
};
析构函数的重写问题

基类中的析构函数如果是虚函数，那么派生类的析构函数就重写了基类的析构函数。这里他们的函数名不相
同，看起来违背了重写的规则，其实不然，这里可以理解为编译器对析构函数的名称做了特殊处理，编译后
析构函数的名称统一处理成destructor，这也说明的基类的析构函数最好写成虚函数

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class Person {
public:
 virtual ~Person() {cout << "~Person()" << endl;}
};
class Student : public Person {
public:
 virtual ~Student() { cout << "~Student()" << endl; }
};

/* 只有派生类Student的析构函数重写了Person的析构函数，下面的delete对象调用析构函数，才能构成多
态，才能保证p1和p2指向的对象正确的调用析构函数。*/
int main()
{
 Person* p1 = new Person;
 Person* p2 = new Student;
 delete p1;
 delete p2;
 return 0;
}
接口继承和实现继承

普通函数的继承是一种实现继承，派生类继承了基类函数，可以使用函数，继承的是函数的实现。虚函数的
继承是一种接口继承，派生类继承的是基类虚函数的接口，目的是为了重写，达成多态，继承的是接口。所
以如果不实现多态，不要把函数定义成虚函数

抽象类

在虚函数的后面写上 =0 ，则这个函数为纯虚函数。包含纯虚函数的类叫做抽象类（也叫接口类），抽象类
不能实例化出对象。派生类继承后也不能实例化出对象，只有重写纯虚函数，派生类才能实例化出对象。纯
虚函数规范了派生类必须重写，另外纯虚函数更体现出了接口继承

C++11 override 和 final

另外补充一下的是C++11提供override 和 final 来修饰虚函数。
实际中我们建议多使用纯虚函数+ overrid的方式来强制重写虚函数，因为虚函数的意义就是实现多态，如果
没有重写，虚函数就没有意义

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// 1.final 修饰基类的虚函数不能被派生类重写
class Car
{
public:
 virtual void Drive() final {}
};
class Benz :public Car
{
public:
 virtual void Drive() {cout << "Benz-舒适" << endl;}
};
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class Car{
public:
 virtual void Drive(){}
};
// 2.override 修饰派生类虚函数强制完成重写，如果没有重写会编译报错
class Benz :public Car {
public:
 virtual void Drive() override {cout << "Benz-舒适" << endl;}
};

虚函数表

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// 这里常考一道笔试题：sizeof(Base)是多少？
class Base
{
public:
 virtual void Func1()
 {
 cout << "Func1()" << endl;
 }
private:
 int _b = 1;
};

通过观察测试我们发现b对象是8bytes，除了_b成员，还多一个__vfptr放在对象的前面(注意有些平台可能会
放到对象的最后面，这个跟平台有关)，对象中的这个指针我们叫做虚函数表指针(v代表virtual，f代表
function)。一个含有虚函数的类中都至少都有一个虚函数表指针，因为虚函数的地址要被放到虚函数表中，
虚函数表也简称虚表。那么派生类中这个表放了些什么呢？我们接着往下分析

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// 针对上面的代码我们做出以下改造
// 1.我们增加一个派生类Derive去继承Base
// 2.Derive中重写Func1
// 3.Base再增加一个虚函数Func2和一个普通函数Func3
class Base
{
public:
 virtual void Func1()
 {
 cout << "Base::Func1()" << endl;
 }
 virtual void Func2()
 {
 cout << "Base::Func2()" << endl;
 }
 void Func3()
 {
 cout << "Base::Func3()" << endl;
 }
private:
 int _b = 1;
};

class Derive : public Base
{
public:
 virtual void Func1()
 {
 cout << "Derive::Func1()" << endl;
 }
private:
 int _d = 2;
};
 
int main()
{
 Base b;
 Derive d;
 return 0;
}

通过观察和测试，我们发现了以下几点问题：

  1. 派生类对象d中也有一个虚表指针，d对象由两部分构成，一部分是父类继承下来的成员，虚表指针也就
    是存在这一部分的,另一部分是自己的成员。

  2. 基类b对象和派生类d对象虚表是不一样的，这里我们发现Func1完成了重写，所以d的虚表中存的是重
    写的Derive::Func1，所以虚函数的重写也叫作覆盖，覆盖就是指虚表中虚函数的覆盖。重写是语法的
    叫法，覆盖是原理层的叫法。

  3. 另外Func2继承下来后是虚函数，所以放进了虚表，Func3也继承下来了，但是不是虚函数，所以不会
    放进虚表。

  4. 虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组，这个数组最后面放了一个nullptr。

  5. 总结一下派生类的虚表生成：

    a.先将基类中的虚表内容拷贝一份到派生类虚表中

    b.如果派生类重写了基类中某个虚函数，用派生类自己的虚函数覆盖虚表中基类的虚函数

    c.派生类自己新增加的虚函数按其在派生类中的声明次序增加到派生类虚表的最后。

  6. 这里还有一个童鞋们很容易混淆的问题：虚函数存在哪的？虚表存在哪的？

    答：虚函数存在虚表，虚表存在对象中。

    注意上面的回答的错的。但是很多童鞋都是这样深以为然的。注意虚表存的是虚函数指针，不是虚函数，虚函数和普通函数一样的，都是存在代码段的，只是他的指针又存到了虚表中。另外对象中存的不是虚表，存的是虚表指针。

注意：满足多态以后的函数调用，不是在编译时确定的，是运行起来以后到对象的中取找的。不满足多态的函数调用时编译时确认好的

此时引入一个概念： 动态绑定与静态绑定

  1. 静态绑定又称为前期绑定(早绑定)，在程序编译期间确定了程序的行为，也称为静态多态，比如：函数
    重载
  2. 动态绑定又称后期绑定(晚绑定)，是在程序运行期间，根据具体拿到的类型确定程序的具体行为，调用
    具体的函数，也称为动态多态

多态常见的面试问题

  1. 什么是多态？答：参考 （1.多态的概念）
  2. 什么是重载、重写(覆盖)、重定义(隐藏)？答：参考上面的内容
  3. 多态的实现原理？答：虚函数表
  4. inline函数可以是虚函数吗？答：不能，因为inline函数没有地址，无法把地址放到虚函数表中。
  5. 静态成员可以是虚函数吗？答：不能，因为静态成员函数没有this指针，使用类型::成员函数的调用方式
    无法访问虚函数表，所以静态成员函数无法放进虚函数表。
  6. 构造函数可以是虚函数吗？答：不能，因为对象中的虚函数表指针是在构造函数初始化列表阶段才初始
    化的。
  7. 析构函数可以是虚函数吗？什么场景下析构函数是虚函数？答：可以，并且最好把基类的析构函数定义
    成虚函数。具体参考上面的（2.多态的定义）。
  8. 对象访问普通函数快还是虚函数更快？答：首先如果是普通对象，是一样快的。如果是指针对象或者是
    引用对象，则调用的普通函数快，因为构成多态，运行时调用虚函数需要到虚函数表中去查找。
  9. 虚函数表是在什么阶段生成的，存在哪的？答：虚函数是在编译阶段就生成的，一般情况下存在静态区
    的。
  10. 什么是抽象类？抽象类的作用？答：参考（3.抽象类）。抽象类强制重写了虚函数，另外抽象类体现出
    了接口继承关系。
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