多态的概念

通俗来说，就是多种形态。具体一点，当不同对象去完成某一个动作时，会产生不同的状态。

举个例子：比如买票这个行为，当普通人去买票时，全价买票；当学生去买票时，半价买票；当军人去买票时，优先买票。

多态的定义及实现

多态的构成条件

多态是不同继承关系的对象，去调用同一函数，产生了不同的行为。比如，Student和Soilder继承了Person。Person对象买票全价，Student对象买票半价，Soilder对象买票优先。

那么在继承中构成多态需要两个条件 ：

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

虚函数

被virtual修饰的成员函数即为虚函数

虚函数的特性由文章以下内容了解

虚函数的重写

虚函数的重写（覆盖）：派生类中有一个与基类完全相同的虚函数（即函数名，函数参数，返回值完全相同），则称派生类的虚函数重写了基类的虚函数。

注意：如果子类有与父类虚函数同名的函数，即使没有加上virtual，也是虚函数。但是最好将所有虚函数都加上virtual。

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）
当基类虚函数返回基类对象的指针或者引用，派生类对象返回派生类对象的指针或者引用时，即使基类虚函数与派生类虚函数的返回值类型不同，也构成重写的条件。

2，析构函数的重写（基类与派生类的析构函数名不同）

如果基类的析构函数为虚函数，那么不管派生类的析构函数是否加virtual，都会与基类的析构函数构成重写。这里看似两个析构函数的函数名相同，其实不然。编译器会对加了virtual的析构函数作特殊处理，使得其函数名为destructor。

并且，析构函数最好加上virtual变成析构函数。否则可能在一些情况导致内存泄漏。

C++11 final和override

从上面可以看出，C++对函数重写的要求是比较严格的，如果程序员一不小心疏忽而写错，那么这个错误在编译阶段是不会报出的。只会在程序运行时得不到预期的结果在知道出错，此时如果再进行debug得不偿失。为了预防这种情况，C++11提供了两个关键字，final和override。

1，final：修饰虚函数，表示该虚函数不能被重写

此外，final还有另外一个功能，就是实现一个不能被继承的类，在类名字后面加final即可。

2，override：检查派生类某虚函数是否重写了基类的函数，如果没有则报错。

抽象类

概念

在虚函数的后面加上 = 0，则这个函数为纯需函数。包含纯虚函数的类为抽象类。抽象类无法实例化出对象，且它的子类只要没有重写纯虚函数就无法实例化对象。只有当子类重写了这个纯虚函数之后才能实例化出对象。纯虚函数规定了派生类必须重写，并且纯虚函数体现了接口继承。

普通函数的继承是一种实现继承，子类继承的是成员函数的实体。虚函数的继承是一种接口继承，继承的是父类虚函数的接口，达成重写，实现多态。如果不实现多态，不要把函数定义成虚函数。

多态的原理（以下演示在32平台）

虚函数表

类中只有一个int类型的变量，类的大小却是8，这是为什么？

通过观察a中除了一个int类型的成员变量，还有一个_vfptr指针放在对象的前面（注意有些也可能放在后面，这与平台有关），这个指针我们叫做虚函数表指针。一个含有虚函数的类中都有一个虚函数表指针，这个指针指向虚函数表，虚函数表也叫续表。类中虚函数的地址要放到虚函数表中。

注意以下要点：

1. 派生类也有它的虚表，虚表中存放了三种内容，一是未重写的父类的虚函数（地址与父类虚函数相同），二是重写了的父类的需函数（地址与父类虚函数不同），三是自己定义的虚函数。
2. 因为在虚函数重写之后，在派生类的虚表中，重写后的虚函数的地址会覆盖基类虚函数的地址，所以重写也叫覆盖。
3. 虚表没有存放虚函数，它的本质就是一个存放虚函数指针的指针数组，在它的最后以nullptr结尾。
4. 总结一下派生类的虚表生成：首先将基类的虚表拷贝到派生类的虚表中，然后再用重写的虚函数覆盖对应的基类虚函数，最后再将派生类它自己定义的虚函数按照次序放在虚表的后面。
5. 这里还有一个容易混淆的问题，虚函数是存在哪的？虚表是存在哪的？ 虚函数不是存在虚表中的！虚表也不是存在对象中的！虚函数和虚表都存在代码段中，虚表中存的是虚函数指针，对象中存的也是虚表指针。下面给出验证
   
   所以我们就可以推理出：虚表和虚函数存在代码段中

多态的原理

对于引用和指针，当不同的对象赋值给它们时，调用不同的函数，出现不同的结果。原因就是不同的对象的虚表是不相同的，当它们去虚表中查找对应的虚函数时，查找到的虚函数也是不相同。所以当不同的对象调用同一个函数时，就实现多态了。
并且，不满足多态的函数调用，在编译时就已经确定。但是满足多态的函数，在编译器无法确定，需要在运行时到指定的对象中去寻找指定的虚函数，所以只能在运行时确定。

静态绑定和动态绑定

1. 静态绑定又称为前期绑定（早绑定），在程序编译期间就确定了程序的行为，也称为静态多态，如：函数重载
2. 动态绑定又称为后期绑定（晚绑定），是在程序运行的期间，根据具体拿到的类型确定程序的行为，调用具体的函数，确定具体的行为。

单继承和多继承关系的虚函数表

单继承派生类的虚函数表

通过监视窗口发现观察不到fun3和fun4的虚函数指针。这是为什么？这是编译器的故意隐藏这两个虚函数，也可以认为是编译器的一个小bug。

多继承派生类的虚函数表

从上表可以看出：多继承派生类未重写的虚函数放在第一个虚表中

其他常见问题

1，inline函数可以是虚函数吗？虽然可以，编译不会出错，但是编译器会忽略inline特性，因为虚函数的地址是要放到虚表中的。
2，静态成员函数可以是虚函数吗？不可以，因为静态成员函数没有this指针，使用类型::成员函数的方法就无法访问虚函数表了。所以静态成员函数无法放进虚函数表。
3，构造函数可以是虚函数吗？构造函数不可以是虚函数，因为虚表的函数就在构造函数的初始化列表进行初始化，所以是先由构造函数再有虚表，构造函数不能放到虚表中。
4，析构函数可以是虚函数吗？可以，并且为了防止内存泄漏，最好将析构函数设为虚函数。
5，对象访问普通函数快还是虚函数快？不一定。如果是普通对象，则一样快。如果是对象的引用或者指针，则普通函数更快，此时访问虚函数需要到虚表中去寻找对应的虚函数
6，虚函数表是在什么时候生成的？存在哪里？虚函数表在编译阶段生成，存在代码段。