C++学习笔记（22）—

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@[TOC](目录)

比喻与理解
1. 多态的概念
2. 多态的定义及实现
2.1多态的构成条件
2.2 虚函数
2.3虚函数的重写
2.3.1 虚函数重写的两个例外：
1. 协变(基类与派生类虚函数返回值类型不同)
2. 析构函数的重写(基类与派生类析构函数的名字不同)

2.4 C++11 override 和 final
2.5 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

3. 抽象类
3.1 概念
3.2 接口继承和实现继承

4. 多态的原理
4.1虚函数表
4.2多态的原理
4.3 动态绑定与静态绑定

5. 单继承和多继承关系中的虚函数表
5.1 单继承中的虚函数表
5.2 多继承中的虚函数表
5.3. 菱形继承、菱形虚拟继承

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比喻与理解

多态就是餐馆里面吃席，大人小孩分桌，各吃各的，只允许小孩窜桌吃大人那桌的菜，大人不许吃小孩那桌；

得先有大人带着，小孩才能进餐馆。
如果小孩要吃大人的菜，必须先找他对应的大人要；
如果小孩想吃某个自己想出来的特制菜，必须先找他对应的大人点菜，特制菜来了后，然后小孩吃小孩特制菜，大人吃大人的普通菜；
如果小孩不点菜，大人就会自己点普通菜，小孩桌上也摆普通菜。

1. 多态的概念

多态的概念：通俗来说，就是多种形态，具体点就是去完成某个行为，当不同的对象去完成时会产生出不同的状态。
简而言之，多态就是一个函数面对子类和父类会有选择性的方法应对，选择方法的根据取决于父子关系，有的特供给父，有的特供给子；

2. 多态的定义及实现

2.1多态的构成条件

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。
那么在继承中要构成多态还有两个条件：

必须通过基类的指针或者引用调用虚函数；
被调用的函数必须是虚函数，且派生类必须对基类的虚函数进行重写；

即，我们可以自定义哪些函数有多态，父类有虚函数是允许多态的前提；

2.2 虚函数

虚函数：即被virtual修饰的类成员函数称为虚函数。
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2.3虚函数的重写

虚函数的重写(覆盖)：派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数(即派生类虚函数与基类虚函数的返回值类型、函数名字、参数列表完全相同)，称子类的虚函数重写了基类的虚函数。

子类重写父类，目的是，让子类调用函数时函数把专供子类的方法拿出来，这个专供子类的方法的内容是子类自己阐述的；

2.3.1 虚函数重写的两个例外：

1. 协变(基类与派生类虚函数返回值类型不同)

派生类重写基类虚函数时，与基类虚函数返回值类型不同。即基类虚函数返回基类对象的指针或者引用，派生类虚函数返回派生类对象的指针或者引用时，称为协变。
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2. 析构函数的重写(基类与派生类析构函数的名字不同)

如果基类的析构函数为虚函数，此时派生类析构函数只要定义，无论是否加virtual关键字，都与基类的析构函数构成重写，虽然基类与派生类析构函数名字不同。虽然函数名不相同，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。

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2.4 C++11 override 和 final

从上面可以看出，C++对函数重写的要求比较严格，但是有些情况下由于疏忽，可能会导致函数名字母次序写反而无法构成重载，而这种错误在编译期间是不会报出的，只有在程序运行时没有得到预期结果才来debug会得不偿失，因此：C++11提供了override和final两个关键字，可以帮助用户检测是否重写。

final：修饰虚函数，表示该虚函数不能再被重写

即，大人告诉小孩哪些菜小孩不能特制。

override: 检查派生类虚函数是否重写了基类某个虚函数，如果没有重写编译报错。

即，大人告诉小孩哪些菜可以特制。

2.5 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

重载：大人小孩混餐，自助餐；
重写：小孩点了特制菜炸鸡，也上了大人的烤鸡，但小孩只吃自己点的特制菜炸鸡，如果没点特制菜，就吃大人的普通菜烤鸡；
重定义：小孩点了特制菜炸鸡，只让小孩吃炸鸡，烤鸡上桌了但罩着不让吃，小孩不知道烤鸡的存在，小孩吃自己点的特制菜炸鸡；

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3. 抽象类

3.1 概念

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。

简而言之，纯虚函数可以让我们提前指定哪些类不能直接实例化，也是让我们提前指定哪些类必须重写。提前规避了一些编程过程中的混乱产生。

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3.2 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。

我的理解是：实现继承与接口继承的区别在于：是否使用了足额内存空间去存储逻辑上逻辑上被拷贝的那个。实现继承使用了足够多的内存去存储应被继承的内容，接口继承仅仅象征性的使用一点内存去存储一个媒介（如指针）去找被继承的类里面的成员。

4. 多态的原理

4.1虚函数表

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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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通过观察和测试，我们发现了以下几点问题：

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部分的另一部分是自己的成员。
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。
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。
虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组，一般情况这个数组最后面放了一个nullptr。
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。
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，只是呢？实际我们去验证一下会发现vs下是存在代码段的，Linux g++下大家自己去验证.

我的理解是：“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。”——虚表就是菜单，菜在后厨已经炒好了。

4.2多态的原理

上面分析了这个半天了那么多态的原理到底是什么？还记得这里Func函数传Person调用Person::BuyTicket，传Student调用的是Student::BuyTicket
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观察下图的红色箭头我们看到，p是指向mike对象时，p->BuyTicket在mike的虚表中找到虚函数是Person::BuyTicket
观察下图的蓝色箭头我们看到，p是指向johnson对象时，p->BuyTicket在johson的虚表中找到虚函数是Student::BuyTicket
这样就实现出了不同对象去完成同一行为时，展现出不同的形态
反过来思考我们要达到多态，有两个条件，一个是虚函数覆盖，一个是对象的指针或引用调用虚函数。反思一下为什么？
再通过下面的汇编代码分析，看出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
我的理解是：多态为我们提供了派生类可以自己选择性的自定义一个函数的方法内容，换言之，就是允许派生类在继承基类的方法时，可以自定义一个方法代替基类方法起作用。