一：基本定義

多態(tài)按字面的意思就是多種形態(tài)。當類之間存在層次結構，并且類之間是通過繼承關聯(lián)時，就會用到多態(tài)。

C++ 多態(tài)意味著調(diào)用成員函數(shù)時，會根據(jù)調(diào)用函數(shù)的對象的類型來執(zhí)行不同的函數(shù)。

下面的實例中，基類 Shape 被派生為兩個類，如下所示：

#include

using namespace std;

class Shape {

protected:

int width, height;

public:

Shape( int a=0, int b=0)

{

width = a;

height = b;

}

int area()

{

cout << "Parent class area :" <

return 0;

}

};

class Rectangle: public Shape{

public:

Rectangle( int a=0, int b=0):Shape(a, b) { }

int area ()

{

cout << "Rectangle class area :" <

return (width * height);

}

};

class Triangle: public Shape{

public:

Triangle( int a=0, int b=0):Shape(a, b) { }

int area ()

{

cout << "Triangle class area :" <

return (width * height / 2);

}

};

// 程序的主函數(shù)

int main( )

{

Shape *shape;

Rectangle rec(10,7);

Triangle? tri(10,5);

// 存儲矩形的地址

shape = &rec;

// 調(diào)用矩形的求面積函數(shù) area

shape->area();

// 存儲三角形的地址

shape = &tri;

// 調(diào)用三角形的求面積函數(shù) area

shape->area();

return 0;

}

當上面的代碼被編譯和執(zhí)行時，它會產(chǎn)生下列結果：

Parent class area

Parent class area

導致錯誤輸出的原因是，調(diào)用函數(shù) area() 被編譯器設置為基類中的版本，這就是所謂的靜態(tài)多態(tài)，或靜態(tài)鏈接 - 函數(shù)調(diào)用在程序執(zhí)行前就準備好了。有時候這也被稱為早綁定，因為 area() 函數(shù)在程序編譯期間就已經(jīng)設置好了。

但現(xiàn)在，讓我們對程序稍作修改，在 Shape 類中，area() 的聲明前放置關鍵字 virtual，如下所示：

class Shape {

protected:

int width, height;

public:

Shape( int a=0, int b=0)

{

width = a;

height = b;

}

virtual int area()

{

cout << "Parent class area :" <

return 0;

}

};

修改后，當編譯和執(zhí)行前面的實例代碼時，它會產(chǎn)生以下結果：

Rectangle class area

Triangle class area

此時，編譯器看的是指針的內(nèi)容，而不是它的類型。因此，由于 tri 和 rec 類的對象的地址存儲在 *shape 中，所以會調(diào)用各自的 area() 函數(shù)。

正如您所看到的，每個子類都有一個函數(shù) area() 的獨立實現(xiàn)。這就是多態(tài)的一般使用方式。有了多態(tài)，您可以有多個不同的類，都帶有同一個名稱但具有不同實現(xiàn)的函數(shù)，函數(shù)的參數(shù)甚至可以是相同的。

二：虛函數(shù)

虛函數(shù) 是在基類中使用關鍵字 virtual 聲明的函數(shù)。在派生類中重新定義基類中定義的虛函數(shù)時，會告訴編譯器不要靜態(tài)鏈接到該函數(shù)。

我們想要的是在程序中任意點可以根據(jù)所調(diào)用的對象類型來選擇調(diào)用的函數(shù)，這種操作被稱為動態(tài)鏈接，或后期綁定。

三：純虛函數(shù)

您可能想要在基類中定義虛函數(shù)，以便在派生類中重新定義該函數(shù)更好地適用于對象，但是您在基類中又不能對虛函數(shù)給出有意義的實現(xiàn)，這個時候就會用到純虛函數(shù)。

我們可以把基類中的虛函數(shù) area() 改寫如下：

class Shape {

protected:

int width, height;

public:

Shape( int a=0, int b=0)

{

width = a;

height = b;

}

// pure virtual function

virtual int area() = 0;

};

= 0 告訴編譯器，函數(shù)沒有主體，上面的虛函數(shù)是純虛函數(shù)。

四：注意事項

1、純虛函數(shù)聲明如下： virtual void funtion1()=0; 純虛函數(shù)一定沒有定義，純虛函數(shù)用來規(guī)范派生類的行為，即接口。包含純虛函數(shù)的類是抽象類，抽象類不能定義實例，但可以聲明指向?qū)崿F(xiàn)該抽象類的具體類的指針或引用。

2、虛函數(shù)聲明如下：virtual ReturnType FunctionName(Parameter) 虛函數(shù)必須實現(xiàn)，如果不實現(xiàn)，編譯器將報錯，錯誤提示為：

error LNK****: unresolved external symbol "public: virtual void __thiscall ClassName::virtualFunctionName(void)"

3、對于虛函數(shù)來說，父類和子類都有各自的版本。由多態(tài)方式調(diào)用的時候動態(tài)綁定。

4、實現(xiàn)了純虛函數(shù)的子類，該純虛函數(shù)在子類中就編程了虛函數(shù)，子類的子類即孫子類可以覆蓋該虛函數(shù)，由多態(tài)方式調(diào)用的時候動態(tài)綁定。

5、虛函數(shù)是C++中用于實現(xiàn)多態(tài)(polymorphism)的機制。核心理念就是通過基類訪問派生類定義的函數(shù)。

6、在有動態(tài)分配堆上內(nèi)存的時候，析構函數(shù)必須是虛函數(shù)，但沒有必要是純虛的。

7、友元不是成員函數(shù)，只有成員函數(shù)才可以是虛擬的，因此友元不能是虛擬函數(shù)。但可以通過讓友元函數(shù)調(diào)用虛擬成員函數(shù)來解決友元的虛擬問題。

8、析構函數(shù)應當是虛函數(shù)，將調(diào)用相應對象類型的析構函數(shù)，因此，如果指針指向的是子類對象，將調(diào)用子類的析構函數(shù)，然后自動調(diào)用基類的析構函數(shù)。

C++多態(tài)意味著調(diào)用成員函數(shù)時，會根據(jù)調(diào)用函數(shù)的對象的類型來執(zhí)行不同的函數(shù)；

形成多態(tài)必須具備三個條件：

1、必須存在繼承關系；

2、繼承關系必須有同名虛函數(shù)（其中虛函數(shù)是在基類中使用關鍵字Virtual聲明的函數(shù)，在派生類中重新定義基類中定義的虛函數(shù)時，會告訴編譯器不要靜態(tài)鏈接到該函數(shù)）；

3、存在基類類型的指針或者引用，通過該指針或引用調(diào)用虛函數(shù)；

五：動態(tài)聯(lián)編的實現(xiàn)機制 VTABLE

編譯器對每個包含虛函數(shù)的類創(chuàng)建一個虛函數(shù)表VTABLE，表中每一項指向一個虛函數(shù)的地址，即VTABLE表可以看成一個函數(shù)指針的數(shù)組，每個虛函數(shù)的入口地址就是這個數(shù)組的一個元素。

每個含有虛函數(shù)的類都有各自的一張?zhí)摵瘮?shù)表VTABLE。每個派生類的VTABLE繼承了它各個基類的VTABLE，如果基類VTABLE中包含某一項（虛函數(shù)的入口地址），則其派生類的VTABLE中也將包含同樣的一項，但是兩項的值可能不同。如果派生類中重載了該項對應的虛函數(shù)，則派生類VTABLE的該項指向重載后的虛函數(shù)，如果派生類中沒有對該項對應的虛函數(shù)進行重新定義，則使用基類的這個虛函數(shù)地址。

在創(chuàng)建含有虛函數(shù)的類的對象的時候，編譯器會在每個對象的內(nèi)存布局中增加一個vptr指針項，該指針指向本類的VTABLE。在通過指向基類對象的指針（設為bp）調(diào)用一個虛函數(shù)時，編譯器生成的代碼是先獲取所指對象的vtb1指針，然后調(diào)用vtb1所指向類的VTABLE中的對應項（具體虛函數(shù)的入口地址）。

當基類中沒有定義虛函數(shù)時，其長度=數(shù)據(jù)成員長度；派生類長度=自身數(shù)據(jù)成員長度+基類繼承的數(shù)據(jù)成員長度；

當基類中定義虛函數(shù)后，其長度=數(shù)據(jù)成員長度+虛函數(shù)表的地址長度；派生類長度=自身數(shù)據(jù)成員長度+基類繼承的數(shù)據(jù)成員長度+虛函數(shù)表的地址長度。

包含一個虛函數(shù)和幾個虛函數(shù)的類的長度增量為0。含有虛函數(shù)的類只是增加了一個指針用于存儲虛函數(shù)表的首地址。

派生類與基類同名的虛函數(shù)在VTABLE中有相同的索引號（或序號）。

虛函數(shù)這里說的有些亂，因為 C++ 寫法奇葩略多。其實可以簡單理解。

虛函數(shù)可以不實現(xiàn)（定義）。不實現(xiàn)（定義）的虛函數(shù)是純虛函數(shù)。

在一個類中如果存在未定義的虛函數(shù)，那么不能直接使用該類的實例，可以理解因為未定義 virtual 函數(shù)，其類是抽象的，無法實例化。將報錯誤：

undefined reference to `vtable for xxx'

這和其它語言的抽象類，抽象方法是類似的——我們必須實現(xiàn)抽象類，否則無法實例化。（virtual 和 abstract還是有些區(qū)別的）

也就是說，如果存在以下代碼：

using namespace std;

class Base {

public:

virtual void tall();

};

class People : Base {

public:

void tall() {

cout << "people" << endl;

};

};

那么，在 main 方法中，我們不能使用 Base base; 這行代碼，此時的 tall 沒有實現(xiàn)，函數(shù)表（vtable）的引用是未定義的，故而無法執(zhí)行。但我們可以使用 People people; 然后 people.tall(); 或 (&people)->tall(); 因為People實現(xiàn)或者說重寫、覆蓋了 Base 的純虛方法 tall()，使其在 People 類中有了定義，函數(shù)表掛上去了，于是可以誕生實例了。

int main() {

//??? Base base;//不可用

People people;//可用

people.tall();

(&people)->tall();

return 0;

}

上述的是針對虛函數(shù)而言，普通的函數(shù)，即使我們只聲明，不定義，也不會產(chǎn)生上述不可用的問題。

六：其他虛函數(shù)注意事項

父類的虛函數(shù)或純虛函數(shù)在子類中依然是虛函數(shù)。有時我們并不希望父類的某個函數(shù)在子類中被重寫，在 C++11 及以后可以用關鍵字 final 來避免該函數(shù)再次被重寫。

例：

#include

using namespace std;

class Base

{

public:

virtual void func()

{

cout<<"This is Base"<

}

};

class _Base:public Base

{

public:

void func() final//正確，func在Base中是虛函數(shù)

{

cout<<"This is _Base"<

}

};

class __Base:public _Base

{

/*??? public://不正確，func在_Base中已經(jīng)不再是虛函數(shù)，不能再被重寫

void func()

{

cout<<"This is __Base"<

}*/

};

int main()

{

_Base a;

__Base b;

Base* ptr=&a;

ptr->func();

ptr=&b;

_Base* ptr2=&b;??? ptr->func();

ptr2->func();

}

以上程序運行結果：

This is _Base

This is _Base

This is _Base

如果不希望一個類被繼承，也可以使用 final 關鍵字。

格式如下：

class Class_name final

{

...

};

則該類將不能被繼承。