从一个面试题来谈C++的多态性

 C++编程语言是一款应用广泛，支持多种程序设计的计算机编程语言。它的继承、重载、多态等特性为其自身镀上了一层层神秘的色彩，这也是为什么C++精彩的原因，如今，众多语言模仿C++的特性，更说明了这样的性质的独特之处，我们今天就会为大家详细介绍其中C++多态性的一些基本知识，以方便大家在学习过程中对此能够有一个充分的掌握。

下面先上一个复试题目：

#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
    void foo()
    {
        printf("1\n");
    }
    virtual void fun()
    {
        printf("2\n");
    }
};
class B : public A
{
public:
    void foo()
    {
        printf("3\n");
    }
    void fun()
    {
        printf("4\n");
    }
};
int main(void)
{
    A a;
    B b;
    A *p = &a;
    p->foo();
    p->fun();
    p = &b;
    p->foo();
    p->fun();
    return 0;
}

要求是写出该函数的输出结果。

   当然，对于大牛来说，这中小菜一碟的事情肯定会成为笑柄，但从这个很小的例子，可以看出多态的很重要的性质。没有疑问，第一个p->foo()和p->fuu()都很好理解，本身是基类指针，指向的又是基类对象，调用的都是基类本身的函数，因此输出结果就是1、2。第二个输出结果就是1、4。p->foo()和p->fuu()则是基类指针指向子类对象，正式体现多态的用法，p->foo()由于指针是个基类指针，指向是一个固定偏移量的函数，因此此时指向的就只能是基类的foo()函数的代码了，因此输出的结果还是1。而p->fun()指针是基类指针，指向的fun是一个虚函数，由于每个虚函数都有一个虚函数列表，此时p调用fun()并不是直接调用函数，而是通过虚函数列表找到相应的函数的地址，因此根据指向的对象不同，函数地址也将不同，这里将找到对应的子类的fun()函数的地址，因此输出的结果也会是子类的结果4。

   我们来总结一下：这个题目中可以看出多态的哪些特性呢？

      多态性可以简单地概括为“一个接口，多种方法”，程序在运行时才决定调用的函数，它是面向对象编程领域的核心概念。多态(polymorphisn)，字面意思多种形状。
　　C++多态性是通过虚函数来实现的，虚函数允许子类重新定义成员函数，而子类重新定义父类的做法称为覆盖(override)，或者称为重写。（这里我觉得要补充，重写的话可以有两种，直接重写成员函数和重写虚函数，只有重写了虚函数的才能算作是体现了C++多态性）而重载则是允许有多个同名的函数，而这些函数的参数列表不同，允许参数个数不同，参数类型不同，或者两者都不同。编译器会根据这些函数的不同列表，将同名的函数的名称做修饰，从而生成一些不同名称的预处理函数，来实现同名函数调用时的重载问题。但这并没有体现多态性。
　　多态与非多态的实质区别就是函数地址是早绑定还是晚绑定。如果函数的调用，在编译器编译期间就可以确定函数的调用地址，并生产代码，是静态的，就是说地址是早绑定的。而如果函数调用的地址不能在编译器期间确定，需要在运行时才确定，这就属于晚绑定。
　　那么多态的作用是什么呢，封装可以使得代码模块化，继承可以扩展已存在的代码，他们的目的都是为了代码重用。而多态的目的则是为了接口重用。也就是说，不论传递过来的究竟是那个类的对象，函数都能够通过同一个接口调用到适应各自对象的实现方法。

　　最常见的用法就是声明基类的指针，利用该指针指向任意一个子类对象，调用相应的虚函数，可以根据指向的子类的不同而实现不同的方法。如果没有使用虚函数的话，即没有利用C++多态性，则利用基类指针调用相应的函数的时候，将总被限制在基类函数本身，而无法调用到子类中被重写过的函数。因为没有多态性，函数调用的地址将是一定的，而固定的地址将始终调用到同一个函数，这就无法实现一个接口，多种方法的目的了。

      那么，如果我们把上面main函数中return语句前面添加上这么几句：B *ptr = (B *)&a;  ptr->foo();  ptr->fun();这两次用的结果是怎么样的呢？

      这是一个用子类的指针去指向一个强制转换为子类地址的基类对象。结果，这两句调用的输出结果是3，2。
　　并不是很理解这种用法，从原理上来解释，由于B是子类指针，虽然被赋予了基类对象地址，但是ptr->foo()在调用的时候，由于地址偏移量固定，偏移量是子类对象的偏移量，于是即使在指向了一个基类对象的情况下，还是调用到了子类的函数，虽然可能从始到终都没有子类对象的实例化出现。而ptr->fun()的调用，可能还是因为C++多态性的原因，由于指向的是一个基类对象，通过虚函数列表的引用，找到了基类中fun()函数的地址，因此调用了基类的函数。由此可见多态性的强大，可以适应各种变化，不论指针是基类的还是子类的，都能找到正确的实现方法。

下面我们再看另一个例子，来寻找多态的隐藏规则：

#include<iostream>  
using namespace std;  
  
class Base  
{  
public:  
    virtual void f(float x)  
    {  
        cout<<"Base::f(float)"<< x <<endl;  
    }  
    void g(float x)  
    {  
        cout<<"Base::g(float)"<< x <<endl;  
    }  
    void h(float x)  
    {  
        cout<<"Base::h(float)"<< x <<endl;  
    }  
};  
class Derived : public Base  
{  
public:  
    virtual void f(float x)  
    {  
        cout<<"Derived::f(float)"<< x <<endl;   //多态、覆盖  
    }  
    void g(int x)  
    {  
        cout<<"Derived::g(int)"<< x <<endl;     //隐藏  
    }  
    void h(float x)  
    {  
        cout<<"Derived::h(float)"<< x <<endl;   //隐藏  
    }  
};  
int main(void)  
{  
    Derived d;  
    Base *pb = &d;  
    Derived *pd = &d;  
    // Good : behavior depends solely on type of the object  
    pb->f(3.14f);   // Derived::f(float) 3.14  
    pd->f(3.14f);   // Derived::f(float) 3.14  
  
    // Bad : behavior depends on type of the pointer  
    pb->g(3.14f);   // Base::g(float)  3.14  
    pd->g(3.14f);   // Derived::g(int) 3   
  
    // Bad : behavior depends on type of the pointer  
    pb->h(3.14f);   // Base::h(float) 3.14  
    pd->h(3.14f);   // Derived::h(float) 3.14  
    return 0;  
} 

   从这个例子，我们可以知道

      1、有virtual才可能发生多态现象

      2、不发生多态（无virtual）调用就按原类型调用

所以，多态的隐藏规则非常令人迷惑
本来仅仅区别重载与覆盖并不算困难，但是C++的隐藏规则使问题复杂性陡然增加。
这里“隐藏”是指派生类的函数屏蔽了与其同名的基类函数，规则如下：
（1）如果派生类的函数与基类的函数同名，但是参数不同。此时，不论有无virtual
关键字，基类的函数将被隐藏（注意别与重载混淆）。
（2）如果派生类的函数与基类的函数同名，并且参数也相同，但是基类函数没有virtual
关键字。此时，基类的函数被隐藏（注意别与覆盖混淆）。
上面的程序中：
（1）函数Derived::f(float)覆盖了Base::f(float)。
（2）函数Derived::g(int)隐藏了Base::g(float)，而不是重载。
（3）函数Derived::h(float)隐藏了Base::h(float)，而不是覆