多态性,虚函数与抽象类
1.什么是多态性
多态性实质指同样的消息被不同类型的对象接受导致不同的行为。这里，同样的消息理解为【对类成员同名函数的调用】，而不同的行为则是产生不同的输出结果。例如在运算符重载，同样是调用“+”,但是结果可以是int,float等等。
系统的角度来说，多态性分为静态多态性(编译多态性)和动态多态性(运行多态性)。函数重载和运算符重载属于编译多态性，在编译的时候，程序就能确定具体调用哪个函数实例。而虚函数属于运行多态性，在程序的运行过程中，程序才能动态的确定操作所针对的对象。
1.1编译多态性
编译的多态性由重载函数体现，分为两种方式。
1）在类中说明的重载。例如构造函数或成员函数的重载，不同的参数表决定不同的系统编译调用。
2）基类成员函数在派生类中的重载。倘若派生类中的成员函数(非虚函数)与基类的成员函数同名。则基类的同名函数的所有重载均会被覆盖。这时，可以使用类作用域符"::"加以区分或者根据对象区分。
实例1.基类成员函数在派生类中的重载
实例代码如下:
#include "stdafx.h"
#include"iostream"
using namespace std;
class Point
{
int x;float y;
public:
Point(int a=0,double b=0):x(a),y(b){}
/*此处基类中使用了成员函数重载*/
void show(int a){cout<<"Point-int----"<<x<<endl;}
void show(double b){cout<<"Point-float---"<<y<<endl;}
};
class Circles:public Point
{
int r;
public:
Circles(int x,double y,int z):Point(x,y){r=z;}
void show(){ cout<<"Circles---"<<r<<endl;}
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
Point *pointer1;
Circles *pointer2;
Point p(1,2.34);Circles c(2,3.45,6);
p.show(1);p.show(1.00);//执行Point类中的show()
c.Point::show(1);c.Point::show(1.00);//执行Point类中的show()
/*输出结果中覆盖了基类的所有同名函数重载，且是在函数参数表不同的情况下*/
c.show();//执行Circles类中的show()
cout<<"--------------以下使用指针----------------"<<endl;
pointer1=&p;
pointer1->show(1);pointer1->show(1.00);
pointer1=&c;
pointer1->show(1);pointer1->show(1.00);
pointer2=&c;
pointer2->show();//此时使用----pointer2->show(1) AND pointer2->show(1.00)无效
return 0;
}运行结果如下：
结果分析如下:
1.使用指向派生类对象的派生类指针或派生类对象调用函数时。基类中的同名函数的所有定义均被覆盖，尽管参数表不同；
2.参数表的作用基本被忽略，可以看到3个show()的参数表相异；
3.可以添加类作用域符"::"，利用派生类对象名调用基类中与派生类中函数同名的成员函数。
4.基类指针可以指向基类对象或者派生类对象。这时调用的函数仍然为基类的成员函数，也就是说函数参数表仍然要和基类的成员函数(重载的成员函数)匹配；简单的说，基类指针指向派生类对象，实质等同于3中添加类作用域符"::"基类中与派生类中函数同名的成员函数。这是与虚函数最大的不同。
5.派生类指针用于指向派生类对象。调用派生类的成员函数时，同样参数表应该匹配(类型和个数)。
1.2 运行多态性
如前文所说，运行多态性基于虚函数实现。见下文2.虚函数
2.虚函数
在面向对象的程序设计中，为了保留基类的特性且减少新类的开发时间，经常要用到继承。但是继承来的函数并不能完全适应派生类的需要。派生类需要重写基类的函数的时候，同名则会发生覆盖，不同名则会在派生层次较多时命名过于混杂。虚函数此时就能体现意义，在派生类中能够对基类中的函数重定义，赋予新的功能。使用指向基类的指针，分别指向同一类族的不同类对象，从而调用其中的同名函数，实现函数的多态性。
2.1 虚函数的声明定义和使用
声明：
virtual 类型说明符 函数名(参数表)
某个类成员函数为虚函数，其派生类所有同名函数皆为虚函数，重定义时virtual可省略。
定义：
1.可以在类外或者类内定义(即使虚函数在内定义，编译仍然视作非内敛。)，类外定义时virtual可省略,但类作用域(如A::)不可省。
2.派生类重定义时，务必返回同类型、同名、同参数表(类型、个数)，否则丢失虚函数特性。这里不同于函数的重载。
使用：
定义指向基类的指针，分别指向同一类族中需要调用某个虚函数的不同的对象。此时调用最高层派生类的重定义虚函数。具体见实例。
注意:
1.只有成员函数才能声明为虚函数，普通函数不行。
2.构造函数不能声明为虚函数，因为执行构造函数时对象尚未生成，谈不上函数对象关联。
3.静态成员函数不能声明为虚函数，因为其不受限于对象。
4.内联函数也不能。内联函数不能在运行中动态确定其位置。
2.2 虚函数的适用情形
1.该成员函数所在类是否为基类。在派生类中是否会用到该函数，是否希望更改该函数的功能。均是，则可考虑定义虚函数。
2.调用是否是通过基类指针调用。如果是指针调用成员函数，其满足条件1则建议定义为虚函数。但是倘若成员函数经由对象访问，由于编译时即可知道调用的虚函数属于哪个类即静态关联，此时不用定义虚函数，因为无法实现运行时的多态性。
2.3 虚函数的特例——虚析构函数
1.在基类的析构函数前加virtual，则可将析构函数声明为虚函数。2.一旦声明，该基类的所有派生类的析构函数皆为虚函数，即使不同名。3.虚析构函数的作用在于，用delete删除对象时，保证析构函数正确执行，具体分析见实例3。
2.4 实例代码、运行结果与分析
实例2. 虚函数的使用
#include "stdafx.h"
#include"iostream"
using namespace std;
class A{
public:
virtual void show(){cout<<"call A"<<endl;}//类内定义类内声明
};
class B:public A{
public:
virtual void show();
};
void B::show(){cout<<"call B"<<endl;}//类内定义类外声明
class C:public A{
public:
virtual void show(){cout<<"call C"<<endl;}//类内定义类内声明
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
A *p1,a;
B *p2,b;
C *p3,c;
cout<<"/**********基类指针调用************/"<<endl;
p1=&a;p1->show();
p1=&b;p1->show();
p1=&c;p1->show();
cout<<"/**********派生类指针调用**********/"<<endl;
p1=&a;p1->show();
p2=&b;p2->show();
p3=&c;p3->show();
cout<<"/**********对象名调用*************/"<<endl;
a.show();b.show();c.show();
return 0;
}运行结果如下：结果分析如下：
1.基类指针指向派生类对象时，调用的是派生类中重定义的虚函数。不同于实例1编译多态性中，基类指针指向派生类对象时，调用的仍然是基类中的函数。
2.仍旧可以使用对象名，静态地调用每个派生层次中的同名函数。相同于实例1编译多态性情况。
3.指向派生类对象的指针，调用的是对应派生类中的定义的虚函数。相同于实例1编译多态性情况。
实例3.虚析构函数是否使用的结果对比
#include "stdafx.h"
#include "iostream"
using namespace std;
class A{
public:
virtual ~A(){cout<<"call ~A() "<<endl;}
};
class B:public A{
public:
virtual ~B(){cout<<"call ~B() "<<endl;}
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
cout<<"****使用虚析构函数*****"<<endl;
A* ptr=new B;
delete ptr;
return 0;
}结果分析如下：
1.基类使用虚析构时，将先调用派生类的析构再调用基类析构，符合人们的愿望。这是无论指针指向哪一类族的哪一类对象，系统都将采用动态关联，依次调用析构函数对该对象进行清洗。
2.基类不使用虚析构时，由于静态关联，只调用基类析构函数。
3.继承(派生)情况下，优先使用虚析构函数，即使基类不需要析构函数。这样能保证撤销动态分配空间时能得到正确的处理结果
3.纯虚函数和抽象类
3.1 纯虚函数
倘若有这样一种情形。基类中不需要对虚函数有定义或者有意义的实现，具体实现由派生类做。很多情况下，基类本身生成对象是不合情理的。例如，动物作为一个基类可以派生出老虎、孔雀等子类，但动物本身生成对象明显不合常理。这里就需要纯虚函数上马了。声明方法如下，类似初始化为0。
声明：
virtual 类型说明符 函数名(参数表)=0；
纯虚函数不具备函数功能，不能被调用。只至少包括纯虚函数的基类不能用来实例化对象，即3.2抽象类。派生类中若仍旧未定义，则该函数仍旧是纯虚函数，派生类也是是抽象类。少废话，看代码：
实例4.纯虚函数的应用实例
#include "stdafx.h"
#include"iostream"
using namespace std;
class A{
public:
virtual void show()=0;
};
class B:public A{
public:
void show();
};
void B::show(){cout<<"call B"<<endl;}
class C:public A{
public:
void show(){cout<<"call C"<<endl;}
};
void show(A *p)
{
p->show();
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
A *a;
B *b=new B;
C *c=new C;
show(b);show(c);//注意派生类指针可以作为基类指针形参
b->show();c->show();//派生类指针调用
delete b;delete c;
/*******基类指针调用**********/
a=new B;a->show();delete a;
a=new C;a->show();delete a;
return 0;
}
不出意外，运行结果均是"call B call C"。
比如一个基类派生了 N 个派生类，需要调用派生类中的处理函数，但不知调用哪个派生类（需要在运行时候确定)。这个时候，通用的基类指针就可以解决这个问题了。
这里存在派生类指针作为基类指针使用的问题。属于运行多态性的实例，类似于派生类指针被"强制转化"为基类指针。以上面的子函数show()为例，形参为抽象类A指针，但是并不知道指向的是B还是C对象，当分别给予B,C类指针的时候，就分别调用B,C类的虚函数定义了。这就体现了多态性。
未改变指针指向的对象，虚表没有修改，只是改变了编译器“看到”的该指针的方式。继承类别会继承基础类别的虚拟函数表（以及所有其他可以继承的成员），当我们在继承类别中改写虚拟函数时，虚拟函数表就受到了影响：表中所指的函数位置将不再是基础类别的函数位置，而是继承类别的函数位置。所以当我们用基类指针访问虚函数时实绩上访问的是继承类的函数。
关于虚函数和虚表覆盖(override)机制，点击这里。
3.2 抽象类
至少含有一个纯虚函数的类被称为抽象类，抽象类在包含纯虚函数的同时，也能包括其他所有类型的成员函数。抽象类是一种特殊的类，它是为了抽象和设计的目的而建立的，它处于继承结构的上层。抽象类是不能定义对象的，在实际中为了强调一个类是抽象类，可将该类的构造函数说明为protected。
举个例子来说，比如我们设计了一个交通工具的抽象类。显而易见的，由交通工具类可以派生出汽车类，飞机类等具备具体特性的类。但是对于基类交通工具来说，它的特性却是模糊的，广泛的，此时建立一个交通工具类的对象是没有任何实际意义的，对于这种没有必要建立对象的类进行约束，C++引入了抽象类的特性，而抽象类的约束控制来自于纯虚函数。
抽象类的主要作用就是描述一组相关子类的通用操作接口。一般而言，抽象类只描述这组子类共同的操作接口，而实现交给子类来完成。抽象类只能作为基类来使用，其纯虚函数的实现由派生类给出。如果派生类没有重新定义纯虚函数，而派生类只是继承基类的纯虚函数，则这个派生类仍然还是一个抽象类。如果派生类中给出了基类纯虚函数的实现，则该派生类就不再是抽象类了，它就可以创建该类的实例了。
抽象类不能作为参数类型，函数返回类型或显式转换类型。
实例4中的类A即为抽象类，不能用来实例化对象。
