C++多态的基本语法与原理剖析

多态分为两类
1.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
2.动态多态：派生类和虚函数实现运行时多态

静态多态和动态多态区别：
1.静态多态的函数地址早绑定，编译阶段确定函数地址
2.多态多态的函数地址晚绑定，运行阶段确定函数地址

首先让我们看这段代码：

#include <iostream>
using namespace std;class Animal {public:void speak() {cout << "动物在说话" << endl;}
};class Cat : public Animal {public:void speak() {cout << "小猫在说话" << endl;}
};void dospeak(Animal &animal) {animal.speak();}void test01() {Cat cat;dospeak(cat);}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

结果为：动物在说话

我们想要的是猫在说话，可最后输出的结果却是动物在说话，为什么呢？

因为dospeak函数地址早绑定了，在编译阶段就确定了函数地址

那么我们要怎样做才能让猫说话呢？
非常简单，就是利用动态多态，就是要让dospeak函数的地址晚绑定（在运行阶段进行绑定），我们只要在父类的同名speak函数前面加virtual关键字，现在speak函数就变成了虚函数，就解决了上述问题。

代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;class Animal {public:virtual void speak() {cout << "动物在说话" << endl;}
};class Cat : public Animal {public:void speak() {cout << "小猫在说话" << endl;}
};void dospeak(Animal &animal) {animal.speak();}void test01() {Cat cat;dospeak(cat);}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

结果为：猫在说话

重写的概念：
1.函数的返回类型相同
2.函数名相同
3.参数列表相同

动态多态的满足条件：
1.有继承关系
2.子类要重写父类的虚函数

动态多态的使用：
父类的指针或引用指向子类的对象

现在我们来看看多态的原理，首先我们看一下下面这段代码：

#include <iostream>
using namespace std;class Animal {public:void speak() {cout << "动物在说话" << endl;}
};class Cat : public Animal {public:void speak() {cout << "小猫在说话" << endl;}
};void dospeak(Animal &animal) {animal.speak();}void test01() {cout << "size of Animal = " << sizeof(Animal) << endl;}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

结果为size of Animal = 1

现在我们在Animal的speak函数前面加上virtual，写成多态的形式，结果又是多少呢？

#include <iostream>
using namespace std;class Animal {public:virtual void speak() {cout << "动物在说话" << endl;}
};class Cat : public Animal {public:void speak() {cout << "小猫在说话" << endl;}
};void dospeak(Animal &animal) {animal.speak();}void test01() {cout << "size of Animal = " << sizeof(Animal) << endl;}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

结果为:size of Animal = 4
这说明，加了virtual后，这个类的内部结构发生了改变。
那到底多了什么东西，导致这个类变成了4个字节呢？

结果：
多了指针。
现在让我们看看这其中发生的变化，
首先我们要知道：
vfptr - 虚函数（表）指针
v - virtual
f - function
ptr - pointer

vftable - 虚函数表
v - virtual
f - function
table - table

现在让我们看看Animal类内部结构:

Cat内部结构：

当子类重写父类的虚函数时，子类中的虚函数表内部会替换成子类的虚函数地址
也就是说，当我们往父类Animal的speak函数前面加上virtual时，Cat的内部结构就会变成这样：

当父类中的指针或者引用指向子类对象的时候，就发生了多态。

我们就相当于写了这样一段代码：
Animal &animal = cat;
animal,speak();
当我们调用animal的speak函数时，由于指向的是Cat对象，所以编译器会从Cat的虚函数表中找speak函数，就相当于在运行阶段发生了多态。

原理：
由于我们写了一个虚函数，类的内部发生了结构的改变，多了一个虚函数表指针，指向虚函数表，虚函数表内部写的是虚函数的函数入口地址，当子类重写了虚函数表，会把自身的虚函数表给替换掉，这里的替换就是Cat类中发生的替换。

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