C++多态讲解以及常见面试题

多态的概念

什么是多态
多态就是在不同继承关系的类对象，去调用同一函数，产生了不同的行为。

实现多态的条件

动态绑定多态（在运行时才知道函数的地址）：

调用函数的对象是指针或引用。
被调用函数必须是虚函数，并且完成了虚函数的重写。

静态绑定多态（在编译时确定函数的地址）：

函数重载

多态的作用

封装是为了代码模块化，继承是扩展已存在的代码，他们的目的都是为了实现代码的复用，但是多态的目的是为了实现接口的重用，也就是多不管传递过来的是哪个类对象，函数都能狗狗通过这个接口调用到适应自己对象的实现方法。
虚函数重写：子类重写父类的函数（协变：子类中的返回值和父类中的返回值是父子关系，并且是引用或指针）。如果只在父类中添加virtual关键字，子类中的重写函数也会称为虚函数，童谣可以构成多态，否则为重定义。

函数重载、重定义、重写的区别：

函数的重载：在相同的作用域中，两个函数的参数不同，函数名相同，构成函数重载。
函数重定义：子类中有父类的同名函数，继承自父类的函数被隐藏，子类调用重写后的。
函数的重写：子类与父类的虚函数函数名、参数、返回值相同的函数，构成函数重写。

虚函数和纯虚函数

虚函数就是在类的成员函数钱钱添加了virtual关键字。主要是为了实现多态，通过一张虚函数表来实现。它允许子类重写来自父类的成员函数。
纯虚函数就是在基类中只对对应的虚函数进行声明，在最后加=0，定义纯虚函数的类是一个抽象类，抽象类不能被实例化，它体现的是接口继承，子类只是继承了这个接口的形式，不需要使用他里面的功能，要实现自己的功能。在子类中必须实现父类的纯虚函数，如果不实现父类的纯虚函数，这个子类也是一个抽象类，同样不能区实例化对象。
那么什么是抽象类呢？抽象类就是包含纯虚函数的类，这个类不能被实例化，因为类定义的不完整，成员函数都没有实现，这种类只是为了接口继承的实现，继承他的子类并不想去用它，子类要实现自己的功能。
无论是虚函数还是纯虚函数，都是在基类中为派生类提供编程接口，面向对象最核心的思想就是对接口编程，而不是对实现编程，在C++中，就是使用继承和多态来事项这种思想。如果想让基类为派生类提供缺省的处理方法，那么就将这个函数设为虚函数，如果是想让派生类必须重写该虚函数，就将这个函数设为纯虚函数。

1、虚函数和纯虚函数可以定义在同一个类中，一旦某个类包含了纯虚函数，这个类就是一个抽象类。
2、虚函数可以直接被使用，但是纯虚函数必须要在派生类中实现之后才可以使用，一i那位纯虚函数在积累中只声明没有定义，所以无法直接使用。
3、虚函数和纯虚函数都可以在子了中被重写，一堕胎的形式被调用。
4、虚函数和纯虚函数都是为了实现接口继承而出现。
5、虚函数的定义：virtual + 函数纯虚函数定义：virtual + 函数 + =0；
6、虚函数和纯虚函数都不能设为static，因为static在编译的时候就要被绑定，但是虚函数和纯虚函数实在运行时在确定的。

虚函数表

虚函数表是一个函数指针数组，在末尾存放的时一个空指针nullptr，在VS中存放在代码段，在虚函数表中只存放虚函数执政，他不存放普通函数的指针，将新创建的虚函数指针存放在虚函数表末尾。
虚标指针：存放在对象模型中，在32位机上，存放在对象模型的头4个字节中。

单继承中的虚表

在单继承中所有的虚函数都存放在虚表中，如果有被重写的，直接将虚表中的虚函数指针换成重写后的虚函数指针即可，如果在子类中的添加了新的虚函数，按照新的虚函数的声明顺序将其添加到虚表中。在虚表中，先添加父类的虚函数指针，再添加子类的虚函数指针。

多继承中的虚表

#include <iostream>
using namespace std;
class base1
{
public:virtual void func1(){cout << "base1::func1" << endl;}virtual void func2(){cout << "base1::func2" << endl;}
private:int b1;
};
class base2
{
public:virtual void func1(){cout << "base2::func1" << endl;}virtual void func2(){cout << "base2::func2" << endl;}
private:int b2;
};
class derive:public base1, public base2
{
public:virtual void func1(){cout << "derive::func1" << endl;}virtual void func3(){cout << "derive::func3" << endl;}
private:int d1;
};
typedef void(*VFPTR)();	//函数指针
void printFunc(VFPTR* vftable)
{cout << "虚表地址" << vftable << endl;for (int i = 0; (*vftable) != nullptr; ++i){cout << "第" << i << "个函数地址" << *vftable  << "--->";(*vftable)();//调这个函数++vftable;//指针向后走，打印下一个函数地址}
}int main()
{derive d;//取虚标地址的方法：//先取到d的地址，由于虚标指针存放在对象的头四个字节中，所以要将他转为int*类型（int* 位四个字节），这样就可以得到头四个字节的内容，对这个已经得到的四个字节解引用就可以得到它的值，但现在他是整型的，我们要的是函数指针，所以要将他强转位函数指针类型的指针就可以得到虚表的地址(VFPTR*)*((int*)&b);//如果要调用虚表中的第一个函数，对他向后偏移1个单位再解引用就可以调用虚表中的第一个函数(*(((VFPTR*)*((int*)&b))+1))();//打印第二个虚标地址//方法一：//给出一个base2的指针，让他存放d的地址，这时候就发生了一个天然的转换，这个指针中存放的就是第二个虚表的地址base2* pd = &d;//方法二//让第一个虚表的地址向后偏移base1的大小(VFPTR*)*((int*)((char*)&b+sizeof(base1)))return 0;
}