多态

按字面意思就是多种形态。当类之间存在层次结构，并且类之间通过继承关联时，就用到了多态。

C++多态意味着调用成员函数，会根据函数的对象的类型来执行不同的函数。

/***
polymorphic.c
***/
#include<iostream>
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 : " << endl;
            return 0;
        }
};

class Rectangle : public Shape
{
    public:
        Rectangle(int a = 0,int b = 0):Shape(a,b){}
        int area()
        {
            cout << "Rectangle class area : " << endl;
            return (width*height);
        }
};

class Triangle: public Shape
{
    public: 
        Triangle(int a = 0,int b = 0):Shape(a,b){}
        int area()
        {
            cout << "Triangle class area : " << endl;
            return (width*height/2);
        }
};

int main()
{
    Shape* shape;
    Rectangle rec(10,7);
    Triangle tri(10,5);
    
    shape = &rec;
    shape->area();

    shape=&tri;
    shape->area();
    
    return 0;
}

运行结果：

exbot@ubuntu:~/wangqinghe/C++/20190812$ g++ polymorphic.cpp -o polymorphic -g

exbot@ubuntu:~/wangqinghe/C++/20190812$ ./polymorphic

Parent class area :

Parent class area :

导致输出错误的原因是调用area()被编译器设置为基类中的版本，这就是所谓的静态多态，或静态链接。函数调用在程序执行前就准备好了。有时候这也被称为早绑定因为area()函数在程序编译期间就已经设置好了。

但是现在我们对程序稍作修改，在Shape类中的，area()的声明前放置关键字virtual：

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 : " << endl;
            return 0;
        }
};

运行结果：

exbot@ubuntu:~/wangqinghe/C++/20190812$ g++ polymorphic.cpp -o polymorphic -g

exbot@ubuntu:~/wangqinghe/C++/20190812$ ./polymorphic

Rectangle class area :

Triangle class area :

此时编译器看到的是指针内容，而不是它的类型。因此由于tri和rec类的对象的地址存储在*shape中，所以会调用各自的area()函数。如上所示，每个子类都有一个函数area()的独立实现，这就是多态的一般使用方法。有了多态就可以有多个不同的类，都带有同一个名称但具有不同实现的函数，函数的参数甚至都是相同的。

虚函数

虚函数是基类中使用关键字virtual声明的函数。在派生类中重新定义基类中的虚函数，会告诉编译器不要静态静态链接到该函数。

我们想要的是在程序中任意点可以根据所调用的对象类型来选择调用的函数。这种操作被称为动态链接，或后期绑定。

纯虚函数

你可能想要爱基类中定义虚函数，以便在派生类中重新定义该函数更好的适用于对象，但是你在基类中又不能对虚函数给出有意义的实现，这个时候就会用到纯虚函数。

class Shape

{

    protected:

        int width,height;

    public:

        Shape(int a = 0,int b = 0)

        {

            width = a;

            height = b;

        }

        virtual int area() = 0；

};

 = 0 告诉编译器，函数没有主题，上面的虚函数就是纯虚函数。

1. 纯虚函数声明如下：virtual void function1() = 0; 纯虚函数一定没有定义，纯虚函数用来规范派生类的行为，即接口。包含纯虚函数的类是抽象类，抽象类不能定义实例，但可以声明指向实现该抽象类的具体类的指针或引用。
2. 虚函数声明如下：virtual ReturnType FunctionName(Parameter) 虚函数必须实现，如果不实现，编译器经报错。
3. 对于虚函数来说，父类和子类都有各自的版本，由多态方式调用的时候动态绑定。
4. 实现了纯虚函数的子类，该纯虚函数在子类中就编程了虚函数，子类的子类即孙类可以覆盖该虚函数，由该虚函数，由多态方式调用的是动态绑定。
5. 虚函数是C++中用来实现多态（polymorphism）的机制。核心理念就是通过基类访问派生类定义的函数
6. 在动态分配堆上内存的时候，析构函数必须是虚函数，但没有必要时纯虚函数。
7. 友元不是成员函数，只要成员函数才能是虚拟的。因此友元函数不能是虚函数，但可以通过让友元函数调用虚拟成员函数来解决友元函数的虚拟问题。
8. 析构函数应当是虚函数，将调用相应对象类型的析构函数，因此，如果指针指向的是子类对象，将调用子类的析构函数，然后自动调用基类的析构函数。

C++多态意味着在调用成员函数时，会根据函数的对象的类型来执行不同的函数：

形成多态必须具备三个条件：

1. 必须存在继承关系
2. 继承关系必须由同名虚函数。（其中虚函数在基类中使用virtual关键字声明的函数，在派生类中重新定义基类中虚函数，告诉编译器不要静态连接到该函数）。
3. 存在基类类型的指针和引用，通过该指针或引用调用该虚函数。

编译器对每个包含虚函数的类创建一个虚函数表VTABLE，表中每一项指向一个虚函数的地址，即VTABLE表可以看出一个函数指针的数组，每个虚函数的入口地址就是这个数组的一个元素。

每个含有虚函数的类都有各自的一张虚函数表VTABLE，每个派生类的VTABLE继承了它各个基类VTABLE，如果基类VTABLE中包含某一项（虚函数的入口地址），其派生类的VTABLE中也将包含同样的一项，但是两项的值可能不能不同。如果派生类中重载了该项对应的虚函数，该派生类VTABLE的该项指向重载后的虚函数，如果派生类中没有对该项对应的虚函数进行重新定义，则使用基类的这个库函数地址。

在创建含有虚函数的类的对象的时候，编译器会在每个对象的内存布局中增加一个vptr指针项，该指针指向本类的VTABLE。在通过指向类的VTABLE的对应项（具体虚函数的入口地址）

当基类中没有定义虚函数时，其长度=数据成员成都，派生类长度=自身数据成员长度+基类继承的数据成员长度；

当基类中定义虚函数表后，其长度=数据成员长度+虚函数表的地址长度派生类长度=自身数据成员长度+基类继承的数据成员长度+虚函数表的地址长度。

包含了一个虚函数和几个虚函数的类的长度增量为0。含有虚函数的类只是增加了一个指针用于存储虚函数表的首地址。派生类与基类同名的虚函数表在VTABLE中由相同的索引号（或序号）。