1、多态

多态是面向对象特性之一。

C++ 多态 与 原理解析

多态分为两类：

静态多态：函数重载 和运算符重载属于静态多态，复用函数名

动态多态：派生类和虚函数实现运行时多态

静态多态与动态多态区别：

静态多态的函数地址早绑定 - 编译阶段确定函数地址

动态多态的函数地址晚绑定 - 运行阶段确定函数地址

1.1、引入问题

#include 
using namespace std;
 
//父类 - 动物
class Animal
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "小动物在说话" << endl;
	}
};
 
//子类 - 小猫咪 - 继承关系
class Cat : public Animal
{
public:
	//重写父类函数
	void speak()
	{
		cout << "小猫咪喵喵叫" << endl;
	}
};
 
//函数 - 谁在说话
//地址早绑定，在编译阶段确定函数地址
void doSpeak(Animal& animal)
{
	animal.speak();
}
 
int main()
{
	//类和对象 - 多态 - 基本语法
 
	//父类指针或引用指向子类对象
	Cat cat;
	doSpeak(cat);
	cout << "父类占用内存空间大小：" << sizeof(Animal) << endl;
 
	system("pause");
 
	return 0;
}

输出结果

小动物在说话
父类占用内存空间大小：1

1.1.1、查看内存对象模型 

（1）查看父类Animal内存对象模型

命令：cl /d1 reportSingleClassLayoutAnimal "文件名.cpp"

（2）查看子类Cat内存对象模型

 命令：cl /d1 reportSingleClassLayoutCat "文件名.cpp"

Cat子类指向 父类Animal

1.1.2、问题

创建子类小猫咪对象，调用函数doSpeak后，发现执行结果是“小动物在说话”，原因是Animal.speak函数地址在编译阶段已确定（即地址早绑定），所以doSpeak参数不管传什么子类都是相同结果。那么如何让小猫咪说话呢？

1.2、解决问题 - 动态多态（virtual虚函数）

1.2.1、动态多态（virtual虚函数）

动态多态满足条件

1. 存在继承关系
2. 子类重写父类的虚函数

动态多态使用

• 父类的指针或引用指向子类对象

#include 
using namespace std;
 
//父类 - 动物
class Animal
{
public:
	//虚函数
	virtual void speak()
	{
		cout << "小动物在说话" << endl;
	}
};
 
//子类 - 小猫咪 - 继承关系
class Cat : public Animal
{
public:
	//重写父类虚函数
	void speak()
	{
		cout << "小猫咪喵喵叫" << endl;
	}
};
 
//函数 - 谁在说话
//如果想让小猫咪说放，这个函数地址就不能提前绑定，需要在运行阶段绑定地址
void doSpeak(Animal &animal)
{
	animal.speak();
}
 
int main()
{
	//类和对象 - 多态 - 基本语法
	/*
		动态多态满足条件：
		1、有继承关系
		2、子类重写父类的虚函数
		动态多态的使用：
			父类指针或引用指向子类对象
	*/
	Cat cat;
	doSpeak(cat);
 
	system("pause");
 
	return 0;
}

输出结果

小猫咪喵喵叫

父类占用内存空间大小：8

1.2.2、查看内存对象模型

（1）查看父类Animal内存对象模型

命令：cl /d1 reportSingleClassLayoutAnimal "文件名.cpp"

vfptr 虚函数指针， v - virtual，f - function， ptr - pointer

vfptr 虚函数指针 指向虚函数表 vftable

（2）查看子类Cat内存对象模型

 命令：cl /d1 reportSingleClassLayoutCat "文件名.cpp"

1.3、多态优点

在开发中，提倡开闭原则：对扩展进行开放，对修改进行关闭
使用多态优点：组织结构清晰、可读性强、对前期与后期的扩展以及维护性高

Go语言 多态

Go语言中的多态是通过接囗（interface）实现的，任何类型只要实现了接囗类型，都可以赋值，如果接囗类型为空，那么所有的类型都实现了它。

package main
 
import "fmt"
 
//接囗
type IAnimal interface {
	speak()
}
 
type Cat struct {
}
 
//实现IAnimal了接囗
func (c *Cat) speak() {
	fmt.Println("小猫咪喵喵叫")
}
 
type Dog struct {
}
 
//实现IAnimal了接囗
func (a *Dog) speak() {
	fmt.Println("小狗汪汪叫")
}
 
//函数 - 谁在说话 - 参数为接囗类型，只要实现了这个接囗的struct都可以调用
func doSpeak(animal IAnimal) {
	animal.speak()
}
 
func main() {
	doSpeak(&Cat{})
	doSpeak(&Dog{})
}

输出结果

小猫咪喵喵叫
小狗汪汪叫

2、C++ 纯虚函数和抽象类

在多态中，通常父类中的虚函数的实现是毫无意义的，主要都是调用子类重写的内容，因此可以将虚函数改为纯虚函数。

语法： virtual 返回值类型 函数名(参数列表) = 0;

当类中有了纯虚函数，这个类也称为抽象类。

抽象类的特点：

• 无法实例化对象
• 子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则子类也属于抽象类

#include 
using namespace std;
 
//父类
class AbstractBase
{
public:
	//纯虚函数
	virtual void print() = 0;
};
 
//子类 - 重写父类纯虚函数
class Sub : public AbstractBase
{
public:
	virtual void print()
	{
		cout << "子类重写父类纯虚函数" << endl;
	}
};
 
//子类 - 未重写父类纯虚函数
class Sub2 : public AbstractBase
{
};
 
int main()
{
	//类和对象 - 多态 - 纯虚函数和抽象类
	//AbstractBase b; //抽象类不能被实例化，报错：不允许使用抽象类类型“AbstractBase”的对象：函数AbstractBase::print是纯虚函数
	//Sub2 s2; //未重写父类中的纯虚函数，不能创建对象（不能被实例化）, 报错：不允许使用抽象类类型“Sub2”的对象：纯虚拟函数AbstractBase::print没有强制替代项
	AbstractBase* b1 = new Sub;
	b1->print();
	delete b1;
 
	system("pause");
 
	return 0;
}

 输出结果

子类重写父类纯虚函数

3、C++ 虚析构和纯虚析构

多态使用时，如果子类中有属性开辟到堆区，那么父类指针释放时无法调用到子类的析构代码，解决方式为，将父类中的析构函数改为虚析构或纯虚析构函数。

虚析构和纯虚析构共性：

• 可以解决父类指针释放子类对象
• 者需要有具体的函数实现

虚析构和纯虚析构区别：

• 如果是纯虚析构，该类属于抽象类，无法实例化对象

虚析构语法： virtual ~类名() {}

纯虚析构语法：

类内定义： virtual ~类名() = 0;

类外实现： 类名::~类名() {}

 （1）问题

当父类指针指向子类对象时，释放时发现没有调用子类的析构函数，如果子类有堆区分配的属性，则无法释放，如下代码测试：

#include 
using namespace std;
 
//抽象类
class AbstractAnimal
{
public:
	AbstractAnimal()
	{
		cout << "抽象类构造函数" << endl;
	}
 
	virtual string getName() = 0;
 
	~AbstractAnimal()
	{
		cout << "抽象类析构函数" << endl;
	}
};
 
//子类
class Cat : public AbstractAnimal
{
public:
	string name;
 
	Cat(string _name)
	{
		name = _name;
		cout << "子类构造函数" << endl;
	}
 
	virtual string getName()
	{
		return name;
	}
 
	~Cat()
	{
		cout << "子类析构函数" << endl;
	}
};
 
void call()
{
	AbstractAnimal* abs = new Cat("花花");
	abs->getName();
    //父类指针在析构时不会调用子类析构函数，导致子类如果有堆区分配属性不能释放的问题
	delete abs;
}
 
int main()
{
	//类和对象 - 多态 - 虚析构函数
	call();
 
	system("pause");
 
	return 0;
}

输出结果（没有调用子类析构函数）

抽象类构造函数
子类构造函数
抽象类析构函数

（2）解决方案一 - 虚析构函数

使用虚析构可以解决上述问题，在父类析构函数前加virtual即可（只修改了一行代码），以下同时也调整了子类属性为指针类型（即在堆区分配）：

#include 
using namespace std;
 
//抽象类
class AbstractAnimal
{
public:
	AbstractAnimal()
	{
		cout << "抽象类构造函数" << endl;
	}
 
	virtual string getName() = 0;
 
	//虚析构函数: 可以解决父类指针释放子类对象不干净的问题
	virtual ~AbstractAnimal()
	{
		cout << "抽象类析构函数" << endl;
	}
};
 
//子类
class Cat : public AbstractAnimal
{
public:
	//堆区分配的成员属性
	string* name;
 
	Cat(string _name)
	{
		name = new string(_name);
		cout << "子类构造函数" << endl;
	}
 
	virtual string getName()
	{
		return *name;
	}
 
	virtual ~Cat()
	{
		cout << "子类析构函数" << endl;
		if (name != NULL)
		{
			delete name;
			name = NULL;
		}
	}
};
 
void call()
{
	AbstractAnimal* abs = new Cat("花花");
	abs->getName();
	delete abs;
}
 
int main()
{
	//类和对象 - 多态 - 虚析构函数
	call();
 
	system("pause");
 
	return 0;
}

输出结果

抽象类构造函数
子类构造函数
子类析构函数
抽象类析构函数

（3）解决方案二 - 纯虚析构函数 

使用纯虚析构可以解决上述问题，纯析构函数既要声明也要实现，这点与纯虚函数不同。

#include 
using namespace std;
 
//抽象类
class AbstractAnimal
{
public:
	AbstractAnimal()
	{
		cout << "抽象类构造函数" << endl;
	}
 
	virtual string getName() = 0;
 
	//纯虚析构函数声明: 可以解决父类指针释放子类对象不干净的问题
	virtual ~AbstractAnimal() = 0;
};
 
//纯虚析构函数实现
AbstractAnimal::~AbstractAnimal()
{
	cout << "抽象类析构函数" << endl;
}
 
//子类
class Cat : public AbstractAnimal
{
public:
	//堆区分配的成员属性
	string* name;
 
	Cat(string _name)
	{
		name = new string(_name);
		cout << "子类构造函数" << endl;
	}
 
	virtual string getName()
	{
		return *name;
	}
 
	virtual ~Cat()
	{
		cout << "子类析构函数" << endl;
		if (name != NULL)
		{
			delete name;
			name = NULL;
		}
	}
};
 
void call()
{
	AbstractAnimal* abs = new Cat("花花");
	abs->getName();
	delete abs;
}
 
int main()
{
	//类和对象 - 多态 - 纯虚析构函数
	call();
 
	system("pause");
 
	return 0;
}

输出结果 

抽象类构造函数
子类构造函数
子类析构函数
抽象类析构函数