多态实现--虚函数与纯虚函数

• C++中实现多态是使用虚函数表的方法实现的。
• 那么具体怎么实现的呢？

举例说明

• 假设有这样一个多态场景：
• 有一个基类动物（animal类），动物里面又有两个派生类：猫（cat类）和狗（dog类）。现在要求动物类有一个共同的方法：叫声（voice成员函数），但猫和狗叫声是不同的（即：它们的叫声实现方法不同）。
• 那么代码怎么写呢？

多态的代码实现

#include <iostream>
using namespace std;

//1、 定义一个带纯虚函数的抽象类作为基类
class animal
{
public:
    virtual void voice()= 0;    //纯虚函数voice
};

//2、 定义猫（cat）狗（dog）类，共同继承自animal，但对voice进行了具体实现
class cat:public animal
{
public:
    virtual void voice()
    {
        cout <<"喵喵喵"<<endl;
    }
};

class dog:public animal
{
public:
    virtual void voice()
    {
        cout <<"汪汪汪"<<endl;
    }
};

//3、那么下一步就要给猫和狗做一个统一接口了，传参用基类指针。这个接口只有一个功能，就是调用动物叫声voice。
void animal_voice(animal * a)
{
    a->voice();
}

//4、 多态写好了，我们来调用一下试试，写个test看看这个多态有没有问题。我们分别定义一个猫狗对象，来调用统一接口，看看它们的叫声是否相同。

void test()
{
    cat c;
    dog d;
    animal_voice(&c);
    animal_voice(&d);
}

int main()
{
    test();
    return 0;
}

• 验证结果:

喵喵喵
汪汪汪

说明这个多态已实现完成。

多态原理

• 那么多态的原理是怎么样的呢？为什么这样写代码，就能实现猫和狗叫声不同，它们明明调用的是同一个接口呀？

• 实际上这个例子的程序运行时，为cat和dog分别生成了一张虚函数表，将函数地址记录在各自的虚函数表中。如图所示。

  • cat的虚函数表：

  cat的虚函数表
  cat的voice函数的地址

  • dog的虚函数表：

  dog的虚函数表
  dog的voice函数的地址

• 这样当我们用接口调用cat和dog的voice函数时，它们会各自在自己的虚函数表里寻找，找到自己的voice函数地址，根据这个地址来进行调用。怎么样，多态实现原理也很简单吧？

虚函数与纯虚函数

• 那么animal里的纯虚函数“virtual void voice()= 0;”只能这样写吗？它可以像下面这样写成虚函数吗？

virtual void voice()
{

}

• 答案是可以，但它们是不同的。写成虚函数，说明是有实现的（animal也因此变得不再是抽象类），只是它的实现方法是空，那么在cat和dog中我们再次实现这个voice时，就自动将基类的该voice方法重写（override）了（也就是说，我们也可以选择省略（即：不override）这个voice）。但如果写成纯虚函数，那么我们就必须要在cat和dog中具体实现voice，才能使用voice，否则cat和dog也和animal一样是抽象类，不能用来实例化对象。

• 也就是虚函数是有这个函数的实现，而纯虚函数是这个函数根本还没实现。

• 再补一个小知识：如果基类的voice写成虚函数，而不是纯虚函数话，派生类即使将其override了，还是可以通过作用域的方法来访问的（实际上override时，基类的voice方法只是被默认隐藏了）。