从一个面试题来谈C++的多态性
参考博客凡程子
先看题目：
#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;
}
输出结果非常简单：
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。
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。
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。
再看一个例子，研究下多态的隐藏规则。
#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
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：
- 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
- 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）。
所以我们可以知道，上面的程序中：
- 函数Derived::f(float)覆盖了Base::f(float)。
- 函数Derived::g(int)隐藏了Base::g(float)，而不是重载。
- 函数Derived::h(float)隐藏了Base::h(float)，而不是覆盖。
借此回顾下重载，覆盖，隐藏的定义。
- 重载：只有在 同一类定义中的同名成员函数才存在重载关系 ，主要特点是 函数的参数类型和数目有所不同 ，但 不能出现函数参数的个数和类型均相同 ，仅仅依靠返回值类型不同来区分的函数，这和普通函数的重载是完全一致的。另外，重载和成员函数是否是虚函数无关
- 覆盖：在派生类中覆盖基类中的同名函数，要求两个函数的参数个数、参数类型、返回类型都相同，且基类函数必须是虚函数。
- 隐藏：派生类中的函数屏蔽了基类中的同名函数，2个函数参数相同，但基类函数不是虚函数（和覆盖的区别在于基类函数是否是虚函数）。2个函数参数不同，无论基类函数是否是虚函数，基类函数都会被屏蔽（和重载的区别在于两个函数不在同一类中）。
再联系到Effective C++ 条款33：避免遮掩继承而来的名称。
子类遮掩基类名称.jpg
这段令人大吃一惊的代码会导致怎样的行为呢？
以作用域为基础的“名称遮掩规则”并没有改变，因此base class内所有名为mf1和mf3的函数都被derived class内的mf1和mf3函数遮掩掉了。从名称查找观点来看，Base::mf1和Base::mf3不再被Derived继承！
Derived d;
int x;
...
d.mf1(); //没问题，调用Derived::mf1;
d.mf1(x); //错误！因为Derived::mf1遮掩了Base::mf1
d.mf2(); //没问题，调用Base::mf2
d.mf3(); //没问题，调用Derived::mf3
d.mf3(x); //错误！因为Derivde::mf3遮掩了Base::mf3
当然了，如果通过Base指针指向d，还是能够调用p->mf1(x)的。
