1.虚函数和多态

01 虚函数

在类的定义中，前面有 virtual 关键字的成员函数称为虚函数；
virtual 关键字只用在类定义里的函数声明中，写函数体时不用。

class Base 
{
    virtual int Fun() ; // 虚函数
};
int Base::Fun() // virtual 字段不用在函数体时定义
{ 
}

02 多态的表现形式一

「派生类的指针」可以赋给「基类指针」；
通过基类指针调用基类和派生类中的同名「虚函数」时:

若该指针指向一个基类的对象，那么被调用是基类的虚函数；
若该指针指向一个派生类的对象，那么被调用的是派生类的虚函数。

这种机制就叫做“多态”，说白点就是调用哪个虚函数，取决于指针对象指向哪种类型的对象。

上例子中的 p 指针对象指向的是 CSon 类对象，所以 p->Fun() 调用的是 CSon 类里的 Fun 成员函数。

03 多态的表现形式二

派生类的对象可以赋给基类「引用」
通过基类引用调用基类和派生类中的同名「虚函数」时:

若该引用引用的是一个基类的对象，那么被调用是基类的虚函数；
若该引用引用的是一个派生类的对象，那么被调用的是派生类的虚函数。

这种机制也叫做“多态”，说白点就是调用哪个虚函数，取决于引用的对象是哪种类型的对象。

上例子中的 r 引用的对象是 CSon 类对象，所以 r.Fun() 调用的是 CSon 类里的 Fun 成员函数。

04 多态的简单例子

A类、B类、E类、D类的关系如下图：

调用使用：

输出结果：

A::Print
B::Print
D::Print
E::Print

05 多态的作用

在面向对象的程序设计中使用「多态」，能够增强程序的可扩充性，即程序需要修改或增加功能的时候，需要改动和增加的代码较少。

2.LOL 英雄联盟游戏

01 需求分析

下面我们用设计 LOL 英雄联盟游戏的英雄的例子，说明多态为什么可以在修改或增加功能的时候，可以较少的改动代码。

LOL 英雄联盟是 5v5 竞技游戏，游戏中有很多英雄，每种英雄都有一个「类」与之对应，每个英雄就是一个「对象」。

英雄之间能够互相攻击，攻击敌人和被攻击时都有相应的动作，动作是通过对象的成员函数实现的。

下面挑了五个英雄：

探险家 CEzreal
盖楼 CGaren
盲僧 CLeesin
无极剑圣 CYi
瑞兹 CRyze

基本思路：

为每个英雄类编写 Attack、FightBack 和 Hurted 成员函数：

Attack 函数表示攻击动作；
FightBack 函数表示反击动作；
Hurted 函数表示减少自身生命值，并表现受伤动作。

设置基类CHero，每个英雄类都继承此基类

02 非多态的实现方式

有 n 种英雄，CYi 类中就会有 n 个 Attack 成员函数，以及 n 个 FightBack 成员函数。对于其他类也如此。

如果游戏版本升级，增加了新的英雄寒冰艾希 CAshe，则程序改动较大。所有的类都需要增加两个成员函数:

void Attack(CAshe * pAshe);
void FightBack(CAshe * pAshe);

这样工作量是非常大的！！非常的不人性，所以这种设计方式是非常的不好！

03 多态的实现方式

用多态的方式去实现，就能得知多态的优势了，那么上面的栗子改成多态的方式如下：

如果增加了新的英雄寒冰艾希 CAshe，只需要编写新类CAshe，不再需要在已有的类里专门为新英雄增加：

void Attack( CAshe * pAshe);
void FightBack(CAshe * pAshe);

所以已有的类可以原封不动，那么使用多态的特性新增英雄的时候，可见改动量是非常少的。

多态使用方式：

void CYi::Attack(CHero * pHero) 
{
    pHero->Hurted(m_nPower); // 多态
    pHero->FightBack(this);  // 多态
}
CYi yi; 
CGaren garen; 
CLeesin leesin; 
CEzreal ezreal;
yi.Attack( &garen );  //(1)
yi.Attack( &leesin ); //(2)
yi.Attack( &ezreal ); //(3)

根据多态的规则，上面的(1)，(2)，(3)进入到 CYi::Attack 函数后

分别调用：

CGaren::Hurted
CLeesin::Hurted
CEzreal::Hurted

3.多态的又一例子

出一道题考考大家，看大家是否理解到了多态的特性，下面的代码，pBase->fun1()输出结果是什么呢？

是不是大家觉得 pBase 指针对象虽然指向的是派生类对象，但是派生类里没有 fun1 成员函数，则就调用基类的 fun1 成员函数，Base::fun1() 里又会调用基类的 fun2 成员函数，所以输出结果是Base::fun2() ？

假设我把上面的代码转换一下，大家还觉得输出的是 Base::fun2() 吗？

class Base 
{
public:
    void fun1() 
    { 
        this->fun2();  // this是基类指针，fun2是虚函数，所以是多态
    }
}

this 指针的作用就是指向成员函数所作用的对象，所以非静态成员函数中可以直接使用 this 来代表指向该函数作用的对象的指针。

pBase 指针对象指向的是派生类对象，派生类里没有 fun1 成员函数，所以就会调用基类的 fun1 成员函数，在Base::fun1() 成员函数体里执行 this->fun2() 时，实际上指向的是派生类对象的 fun2 成员函数。

所以正确的输出结果是：

Derived:fun2()

所以我们需要注意：

在非构造函数，非析构函数的成员函数中调用「虚函数」，也是多态!!!

4.构造函数和析构函数存在多态吗？

在构造函数和析构函数中调用「虚函数」，不是多态。

编译时即可确定，调用的函数是自己的类或基类中定义的函数，不会等到运行时才决定调用自己的还是派生类的函数。

我们看如下的代码例子，来说明：

输出结果：

hello from son// 构造son对象时执行的构造函数
hello from son  // 多态
bye from father // son对象析构时，由于CSon类没有bye成员函数，所以调用了基类的bye成员函数

5.多态的实现原理

「多态」的关键在于通过基类指针或引用调用一个虚函数时，编译时不能确定到底调用的是基类还是派生类的函数，运行时才能确定。

我们用 sizeof 来运算有有虚函数的类和没虚函数的类的大小，会是什么结果呢？

class A 
{
public:
    int i;
    virtual void Print() { } // 虚函数
};
class B
{
public:
    int n;
    void Print() { } 
};
int main() 
{
    cout << sizeof(A) << ","<< sizeof(B);
    return 0;
}

在 64 位机子，执行的结果：

16,4

从上面的结果，可以发现有虚函数的类，多出了 8 个字节，在 64 位机子上指针类型大小正好是 8 个字节，这多出 8 个字节的指针有什么作用呢？

01 虚函数表

每一个有「虚函数」的类（或有虚函数的类的派生类）都有一个「虚函数表」，该类的任何对象中都放着虚函数表的指针。「虚函数表」中列出了该类的「虚函数」地址。

多出来的 8 个字节就是用来放「虚函数表」的地址。

// 基类
class Base 
{
public:
    int i;
    virtual void Print() { } // 虚函数
};
// 派生类
class Derived : public Base
{
public:
    int n;
    virtual void Print() { } // 虚函数
};

上面 Derived 类继承了 Base类，两个类都有「虚函数」，那么它「虚函数表」的形式可以理解成下图：

多态的函数调用语句被编译成一系列根据基类指针所指向的（或基类引用所引用的）对象中存放的虚函数表的地址，在虚函数表中查找虚函数地址，并调用虚函数的指令。

02 证明虚函数表指针的作用

在上面我们用 sizeof 运算符计算了有虚函数的类的大小，发现是多出了 8 字节大小（64位系统），这多出来的 8 个字节就是指向「虚函数表的指针」。「虚函数表」中列出了该类的「虚函数」地址。

下面用代码的例子，来证明「虚函数表指针」的作用：

输出结果：

B::Func
A::Func

第 25-26 行代码中的 pa 指针指向的是 B 类对象，所以 pa->Func() 调用的是 B 类对象的虚函数 Func()，输出内容是 B::Func ；
第 29-30 行代码的目的是把 A 类的头 8 个字节的「虚函数表指针」存放到 p1 指针和把 B 类的头 8 个字节的「虚函数表指针」存放到 p2 指针；
第 32 行代码目的是把 A 类的「虚函数表指针」赋值给 B 类的「虚函数表指针」，所以相当于把 B 类的「虚函数表指针」替换成了 A 类的「虚函数表指针」；
由于第 32 行的作用，把 B 类的「虚函数表指针」替换成了 A 类的「虚函数表指针」，所以第 33 行调用的是 A 类的虚函数 Func()，输出内容是 A::Func

通过上述的代码和讲解，可以有效的证明了「虚函数表的指针」的作用，「虚函数表的指针」指向的是「虚函数表」，「虚函数表」里存放的是类里的「虚函数」地址，那么在调用过程中，就能实现多态的特性。

5.虚析构函数

析构函数是在删除对象或退出程序的时候，自动调用的函数，其目的是做一些资源释放。

那么在多态的情景下，通过基类的指针删除派生类对象时，通常情况下只调用基类的析构函数，这就会存在派生类对象的析构函数没有调用到，存在资源泄露的情况。

看如下的例子：

// 基类
class A 
{
public: 
    A()  // 构造函数
    {
        cout << "construct A" << endl;
    }
    ~A() // 析构函数
    {
        cout << "Destructor A" << endl;
    }
};
// 派生类
class B : public A 
{
public: 
    B()  // 构造函数
    {
        cout << "construct B" << endl;
    }
    ~B()// 析构函数
    {
        cout << "Destructor B" << endl;
    }
};
int main() 
{
    A *pa = new B();
    delete pa;
    return 0;
}

输出结果：

construct A
construct B
Destructor A

所以要养成好习惯:

一个类如果定义了虚函数，则应该将析构函数也定义成虚函数;
或者，一个类打算作为基类使用，也应该将析构函数定义成虚函数。
注意：构造函数不能定义成虚构造函数。

6.纯虚函数和抽象类

纯虚函数：没有函数体的虚函数

class A
{
public:
    virtual void Print() = 0 ; //纯虚函数
private: 
    int a;
};

包含纯虚函数的类叫抽象类

抽象类只能作为基类来派生新类使用，不能创建抽象类的对象
抽象类的指针和引用可以指向由抽象类派生出来的类的对象

A a;         // 错，A 是抽象类，不能创建对象
A * pa ;     // ok,可以定义抽象类的指针和引用
pa = new A ; // 错误, A 是抽象类，不能创建对象

掌握了多态的特性，写英雄联盟的代码更少啦！

1.虚函数和多态

01 虚函数

02 多态的表现形式一

03 多态的表现形式二

04 多态的简单例子

05 多态的作用

2.LOL 英雄联盟游戏

01 需求分析

02 非多态的实现方式

03 多态的实现方式

3.多态的又一例子

4.构造函数和析构函数存在多态吗？

5.多态的实现原理

01 虚函数表

02 证明虚函数表指针的作用

5.虚析构函数

6.纯虚函数和抽象类

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