多態(tài)

多態(tài)在維基百科)中的定義如下：

在編程語(yǔ)言和類(lèi)型論中，多態(tài)（英語(yǔ)：polymorphism）指為不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的實(shí)體提供統(tǒng)一的接口。多態(tài)類(lèi)型（英語(yǔ)：polymorphic type）可以將自身所支持的操作套用到其它類(lèi)型的值上。

多態(tài)按照字面意思來(lái)理解，就是多種形態(tài)，當(dāng)我們定義的類(lèi)之間存在層次的結(jié)構(gòu)時(shí)，并且類(lèi)之間是通過(guò)繼承來(lái)關(guān)聯(lián)的時(shí)候，就會(huì)用到多態(tài)，多態(tài)意味著調(diào)用成員函數(shù)的時(shí)候，會(huì)根據(jù)函數(shù)的調(diào)用的對(duì)象的類(lèi)型來(lái)執(zhí)行不同的函數(shù)。

試想下面的情景，在一個(gè)全球性聊天軟件中，對(duì)于不同國(guó)籍的人來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)檢測(cè)到當(dāng)前用戶(hù)的國(guó)籍即輸出當(dāng)前用戶(hù)所說(shuō)的語(yǔ)言。我們?cè)O(shè)計(jì)出如下代碼：

1. #include

2. #include

3. #include

4. #include

5. #include

6. #include

7. #include

8. #include

9. #include

10. #include

11. #include

12. #include

13. #define R register

14. #define LL longlong

15. #define pi 3.141

16. #define INF 1400000000

17. usingnamespace std;

18. 
    

19. classPerson{

20. public:

21. Person(){

22. 
    

23. }

24. void speak(){

25. printf("Speakn");

26. }

27. };

28. classChinese:publicPerson{

29. public:

30. Chinese(){

31. 
    

32. }

33. void speak(){

34. printf("Speak Chinesen");

35. }

36. };

37. classEnglish:publicPerson{

38. public:

39. English(){

40. 
    

41. }

42. void speak(){

43. printf("Speak Englishn");

44. }

45. };

46. 
    

47. int main(){

48. ChinesePerson_Chinese;

49. EnglishPerson_English;

50. Person_Chinese.speak();

51. Person_English.speak();

52. return0;

53. }

運(yùn)行上面的代碼，輸出的結(jié)果為：

Speak Chinese

Speak English

我們換一個(gè)思路，如果這三個(gè)人都是人那么我需要在不同國(guó)籍的人后面輸出他們所說(shuō)的語(yǔ)言：

1. #include

2. #include

3. #include

4. #include

5. #include

6. #include

7. #include

8. #include

9. #include

10. #include

11. #include

12. #include

13. #define R register

14. #define LL longlong

15. #define pi 3.141

16. #define INF 1400000000

17. usingnamespace std;

18. 
    

19. classPerson{

20. public:

21. intType;

22. public:

23. Person(){

24. Type=0;

25. }

26. void speak(){

27. printf("Speakn");

28. }

29. };

30. classChinese:publicPerson{

31. public:

32. Chinese(){

33. Type=1;

34. }

35. void speak(){

36. printf("Speak Chinesen");

37. }

38. };

39. classEnglish:publicPerson{

40. public:

41. English(){

42. Type=2;

43. }

44. void speak(){

45. printf("Speak Englishn");

46. }

47. };

48. 
    

49. int main(){

50. ChineseChinese_Person_1;

51. ChineseChinese_Person_2;

52. EnglishEnglish_Person_1;

53. Person* people[3];

54. people[0]=&Chinese_Person_1;

55. people[1]=&Chinese_Person_2;

56. people[2]=&English_Person_1;

57. for(R int i =0; i <3;++i){

58. printf("Person%d:", i +1);

59. if(people[i]->Type==1){

60. Chinese* person =(Chinese*)people[i];

61. person->speak();

62. }

63. elseif(people[i]->Type==2){

64. English* person =(English*)people[i];

65. person->speak();

66. }

67. }

68. return0;

69. }

嘗試編譯這段代碼輸出了同樣的結(jié)果，但是如果這樣寫(xiě)代碼，寫(xiě)出來(lái)的代碼將會(huì)非常冗余，我們可以嘗試在父類(lèi)的函數(shù)前加上virtual關(guān)鍵字，從而實(shí)現(xiàn)相同的功能。

考慮下為什么不加關(guān)鍵字，程序的輸出結(jié)果為：

Person1:Speak

Person2:Speak

Person3:Speak

導(dǎo)致程序錯(cuò)誤輸出的原因是，調(diào)用函數(shù)speak被編譯器設(shè)置為基類(lèi)中的版本，這就是所謂的靜態(tài)多態(tài)，/靜態(tài)鏈接，也就是說(shuō)函數(shù)調(diào)用在程序執(zhí)行前就已經(jīng)準(zhǔn)備好了，這種情況被稱(chēng)之為早綁定，因?yàn)楹瘮?shù)在程序編譯的時(shí)候就已經(jīng)被設(shè)置好了，當(dāng)我們使用virtual關(guān)鍵字的時(shí)候，編譯器看的是指針的內(nèi)容，而不是指針的類(lèi)型，因此將子類(lèi)的地址提取出來(lái)會(huì)調(diào)用各自的speak函數(shù)。

正如上所示，每一個(gè)子類(lèi)都有一個(gè)函數(shù)speak獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，這就是多態(tài)的一般的使用方式，有了多態(tài)就會(huì)有多個(gè)不同的類(lèi)，并且可以實(shí)現(xiàn)同一個(gè)名稱(chēng)但是不同作用的函數(shù)，甚至函數(shù)的參數(shù)可以完全相同。改進(jìn)后的程序如下所示：

1. #include

2. #include

3. #include

4. #include

5. #include

6. #include

7. #include

8. #include

9. #include

10. #include

11. #include

12. #include

13. #define R register

14. #define LL longlong

15. #define pi 3.141

16. #define INF 1400000000

17. usingnamespace std;

18. 
    

19. classPerson{

20. public:

21. intType;

22. public:

23. Person(){

24. Type=0;

25. }

26. void speak(){

27. printf("Speakn");

28. }

29. };

30. classChinese:publicPerson{

31. public:

32. Chinese(){

33. Type=1;

34. }

35. void speak(){

36. printf("Speak Chinesen");

37. }

38. };

39. classEnglish:publicPerson{

40. public:

41. English(){

42. Type=2;

43. }

44. void speak(){

45. printf("Speak Englishn");

46. }

47. };

48. 
    

49. int main(){

50. ChineseChinese_Person_1;

51. ChineseChinese_Person_2;

52. EnglishEnglish_Person_1;

53. Person* people[3];

54. people[0]=&Chinese_Person_1;

55. people[1]=&Chinese_Person_2;

56. people[2]=&English_Person_1;

57. for(R int i =0; i <3;++i){

58. printf("Person%d:", i +1);

59. people[i]->speak();

60. }

61. return0;

62. }

虛函數(shù)

虛函數(shù)是指在父類(lèi)中定義的使用關(guān)鍵字virtual聲明的函數(shù)，在子類(lèi)中需要重新定義父類(lèi)中定義的虛函數(shù)的時(shí)候程序會(huì)告訴編譯器不要靜態(tài)鏈接到這個(gè)函數(shù)。

有些時(shí)候，我們編寫(xiě)程序，需要的是在程序中的任意點(diǎn)可以根據(jù)所調(diào)用的對(duì)象的類(lèi)型來(lái)選擇我們需要調(diào)用的函數(shù)，這種操作被稱(chēng)為動(dòng)態(tài)鏈接或者后期綁定。

純虛函數(shù)

如果我們?cè)谶M(jìn)行程序設(shè)計(jì)的時(shí)候，可能在父類(lèi)中無(wú)法或者不需要對(duì)虛函數(shù)給出一個(gè)有意義的實(shí)現(xiàn)，那么此時(shí)就需要用到純虛函數(shù)，我們可以將父類(lèi)中的虛函數(shù)改為如下形式：

1. classPerson{

2. public:

3. intType;

4. public:

5. Person(){

6. Type=0;

7. }

8. virtualvoid speak()=0;

9. };

通過(guò)上面的方法，我們告訴編譯器這個(gè)函數(shù)沒(méi)有主體，就是一個(gè)純虛函數(shù)。

動(dòng)態(tài)多態(tài)的條件

1.父類(lèi)中必須包含虛函數(shù)，并且子類(lèi)中一定要對(duì)父類(lèi)中的虛函數(shù)進(jìn)行重寫(xiě)。

2.通過(guò)基類(lèi)對(duì)象的指針或者引用進(jìn)行調(diào)用虛函數(shù)

重寫(xiě)

1.基類(lèi)中將要被重寫(xiě)的函數(shù)必須是虛函數(shù)

2.基類(lèi)的派生類(lèi)中的虛函數(shù)的原型必須保持一致，協(xié)變函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)（父類(lèi)和子類(lèi)的析構(gòu)哈桑農(nóng)戶(hù)不同）除外

3.訪問(wèn)限定符不同

協(xié)變函數(shù) ：父類(lèi)（子類(lèi)）的虛函數(shù)返回父類(lèi)（子類(lèi)）的指針或者引用

不能被定義為虛函數(shù)的子類(lèi)

1.友元函數(shù)，不是類(lèi)的成員函數(shù)

2.全局函數(shù)

3.靜態(tài)成員函數(shù)，沒(méi)有this指針

4.構(gòu)造函數(shù)，拷貝構(gòu)造函數(shù)，賦值運(yùn)算符重載（賦值運(yùn)算符可以作為虛函數(shù)但是不建議作為虛函數(shù)）

總結(jié)一些要點(diǎn)

包含純虛函數(shù)的類(lèi)被稱(chēng)為抽象類(lèi)（也成為接口類(lèi)），抽象類(lèi)不能實(shí)例化出對(duì)象，純虛函數(shù)在子類(lèi)中重新定義之后，子類(lèi)才能實(shí)例化出對(duì)象，純虛函數(shù)一定要被繼承，否則純虛函數(shù)的存在沒(méi)有任何意義，純虛函數(shù)一定沒(méi)有定義，純虛函數(shù)的存在就是用來(lái)規(guī)范子類(lèi)的行為。

對(duì)于虛函數(shù)來(lái)說(shuō)，父類(lèi)和子類(lèi)都有各自的版本，由多態(tài)方式調(diào)用的時(shí)候動(dòng)態(tài)綁定。

實(shí)現(xiàn)了純虛函數(shù)的子類(lèi)，這個(gè)純虛函數(shù)在子類(lèi)中就變成了虛函數(shù)，子類(lèi)的子類(lèi)可以覆蓋整個(gè)虛函數(shù)，由多態(tài)的方式調(diào)用的時(shí)候進(jìn)行動(dòng)態(tài)綁定。

在有動(dòng)態(tài)分配的堆上內(nèi)存的時(shí)候，析構(gòu)函數(shù)必須是虛函數(shù)，但沒(méi)有必要是純虛函數(shù)。

友元函數(shù)不等于成員函數(shù)，只有成員函數(shù)才可以是虛函數(shù)，因此友元函數(shù)不能是虛函數(shù)，但是可以通過(guò)讓友元函數(shù)調(diào)用虛擬成員函數(shù)來(lái)解決友元的虛擬問(wèn)題。

析構(gòu)函數(shù)應(yīng)該是虛函數(shù)，將調(diào)用相應(yīng)的對(duì)象類(lèi)型的析構(gòu)函數(shù)，因此如果指針指向的是子類(lèi)的對(duì)象，將調(diào)用子類(lèi)的洗后函數(shù)，然后再自動(dòng)調(diào)用父類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)。