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[C++知识库]对多态的探究:原因,原理,以及实现

C++中的第三大特性就是多态。
如果要打个比方什么是多态:
有一群人要买票,于是我们抽象构建了一个基本对象Human,并定义了买票方法BuyTicket为原价买票;但是对于人群中之的某些特殊人群,比如小孩、军人、又或者老人,他们应该半价买票,于是我们应该抽象构建Human的派生类SpecialHuman,并重定义买票方法BuyTicket为半价买票。然后我们还应该有一个函数实现:面对基类与派生类,能自动识别是什么类并调用相应的方法。
对这一过程的实现,就是多态。
多态有两种:静态多态和动态多态
静态多态: 函数的重载以及重载运算符就是静态的多态,这是在编译阶段就完成选择的。
动态多态: 这是我们平常所说的多态,它是基于类的继承中的虚函数实现的,并且,这种多态实在运行中动态实现选择的。
先来看一段简易买票动态多态实现的代码:

#include<bits/stdc++.h>

using namespace std;

class Man
{
public:
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "原价" << endl; 
	}	
};

class Child : public Man
{
public:
	void BuyTicket()
	{
		cout << "半件" << endl;
	}
}; 

class Adult : public Man
{
};

void buy(Man& _temp)
{
	_temp.BuyTicket();
}

void test1()
{
	Child _Child;
	Adult _Adult;
	buy(_Child);
	buy(_Adult);
}

int main()
{
	test1();
	return 0;
}

这段代码的运行结果如下:

半件
原价

这段代码做到了什么呢?首先,它构建了一个基类Human与派生类Child,在同一个函数buy中面对不同的对象(在传入参数指定为基类时,是可以传入派生类的,这只需要调用派生类中来自基类的那一部分),他调用了不同的实现方法。
让我们来看看这段代码是如何实现的:在代码中使用多态重写的函数是BuyTicket
我们利用virtual在基类中声明与定义函数,那么这个函数将会被定义成虚函数,如果将这个基类继承,你可以在派生类中重写(是重写不是重定义,原因会在原理里面讲到)这个函数,那么在程序运行中,你构建一个派生类的对象的时候程序会动态的去判断这个对象是否有重写虚函数并且选择性的选取正确的函数来封装在对象之内。

那么多态的底层原理又是怎样的呢?
在上面的代码中,如果使用sizeof查看基类Human的大小,你会发现它是4,而并非一个空类的1,这个4,代表的就是一个虚函数指针“vfptr”(不是什么深奥的指针,就把他当作一个指向函数的指针就好),这个指针指向函数BuyTicket的实现位置,这里本来有一个副本,也就是基类中的BuyTicket的方法,而在后面的派生类中,我们写的BuyTicket就是去修改这个指针指向的位置的方法定义的内容。(不过不是写了就改,而是在程序运行中,当你构建派生类对象时,动态实现的)这样就实现了在调用同一个方法时有多种实现,也就是多态。

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