C++整理17_运行时多态（晚绑定）

运行时多态

1. 虚函数重写

虚函数重写是指在派生类中重新定义基类中已声明为虚函数的函数。

虚函数重写的工作原理：

• C++通过虚函数表（vtable）和虚表指针（vptr）实现运行时多态。
• 每个具有虚函数的类都有一个虚函数表，该表包含指向类中所有已定义虚函数的指针。
• 对象中包含一个指向该表的指针，称为虚表指针，它指向对象所属类的虚函数表。

虚函数表：

• 一个类如果有虚函数，编译器会为该类生成一个虚函数表，表中包含指向类中所有虚函数的指针。

虚表指针：

• 每个对象都有一个虚表指针，它是一个指向类虚函数表的指针。

多个派生类是否共享基类的虚函数表：

• 不共享。每个类都有自己的虚函数表，即使是从基类继承的虚函数，派生类的虚函数表也会包含这些函数的条目。

类的多个对象是否共享类的虚函数表：

• 是的，类的多个对象共享同一个类的虚函数表，但每个对象都有自己的虚表指针，指向同一个表。

案例代码：

class Base {
public:
    virtual void show() {
        cout << "Base show" << endl;
    }
    virtual ~Base() {}
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() override {
        cout << "Derived show" << endl;
    }
    ~Derived() {}
};

void func(Base* b) {
    b->show(); // 运行时多态
}

int main() {
    Base* b = new Derived();
    func(b); // 输出 Derived show
    delete b;
    return 0;
}

2. 纯虚函数

纯虚函数是在基类中声明但没有定义的虚函数，它要求派生类必须提供具体的实现。

案例代码：

class Shape {
public:
    virtual void draw() const = 0; // 纯虚函数
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() const override {
        cout << "Drawing a circle" << endl;
    }
};

int main() {
    Shape* shape = new Circle();
    shape->draw(); // 输出 Drawing a circle
    delete shape;
    return 0;
}

3. 抽象类

抽象类是包含至少一个纯虚函数的类。它不能被直接实例化，但可以作为其他类的基类。

案例代码：

class Animal {
public:
    virtual void speak() const = 0; // 纯虚函数
};

class Dog : public Animal {
public:
    void speak() const override {
        cout << "Woof!" << endl;
    }
};

int main() {
    // Animal a; // 错误：Animal是抽象类，不能实例化
    Dog d; // 正确：Dog是非抽象类，可以实例化
    d.speak(); // 输出 Woof!
    return 0;
}

4. 虚析构

虚析构是声明为虚的析构函数，它确保在删除基类指针时能够调用正确的析构函数。

案例代码：

class Base {
public:
    virtual ~Base() {
        cout << "Base destructor" << endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    ~Derived() {
        cout << "Derived destructor" << endl;
    }
};

int main() {
    Base* b = new Derived();
    delete b; // 调用 Derived 的析构函数，然后调用 Base 的析构函数
    return 0;
}

在上述代码中，即使通过基类指针删除派生类对象，也会按正确的顺序调用派生类和基类的析构函数。这是通过虚析构函数实现的，它确保了正确的资源清理。