一、多態與虛函數
多態
定義
-
自然中：多態指的是同一名字的事物可以完成不同的功能。
-
C++中：有了虛函數，基類指針指向基類對象時就使用基類的成員（包括成員函數和成員變量），指向派生類對象時就使用派生類的成員。換句話說，基類指針可以按照基類的方式來做事，也可以按照派生類的方式來做事，它有多種形態，或者說有多種表現方式，我們將這種現象稱爲多態（Polymorphism）。
分類
多態可以分爲編譯時的多態和運行時的多態。前者主要是指函數的重載（包括運算符的重載）、對重載函數的調用，在編譯時就能根據實參確定應該調用哪個函數，因此叫編譯時的多態；而後者則和繼承、虛函數等概念有關。
C++提供多態的目的
可以通過基類指針對所有派生類（包括直接派生和間接派生）的成員變量和成員函數進行“全方位”的訪問，尤其是成員函數。如果沒有多態，我們只能訪問成員變量。
構成多態的條件
- 必須存在繼承關係；
- 繼承關係中必須有同名的虛函數，並且它們是覆蓋關係（函數原型相同）。
- 存在基類的指針，通過該指針調用虛函數。
虛函數
虛函數在C++中唯一用途：構成多態，虛函數是構成多態的前提條件之一。
普通成員函數與虛函數的區別
通過指針調用普通的成員函數時會根據指針的類型（通過哪個類定義的指針）來判斷調用哪個類的成員函數，虛函數是根據指針的指向來調用的，指針指向哪個類的對象就調用哪個類的虛函數。
虛函數注意事項
- 只需要在虛函數的聲明處加上 virtual 關鍵字，函數定義處可以加也可以不加。
- 爲了方便，你可以只將基類中的函數聲明爲虛函數，這樣所有派生類中具有遮蔽關係的同名函數都將自動成爲虛函數。
- 當在基類中定義了虛函數時，如果派生類沒有定義新的函數來遮蔽此函數，那麼將使用基類的虛函數。
- 只有派生類的虛函數覆蓋基類的虛函數（函數原型相同）才能構成多態（通過基類指針訪問派生類函數）。
- 構造函數不能是虛函數。對於基類的構造函數，它僅僅是在派生類構造函數中被調用，這種機制不同於繼承。也就是說，派生類不繼承基類的構造函數，將構造函數聲明爲虛函數沒有什麼意義。
- 析構函數可以聲明爲虛函數，而且有時候必須要聲明爲虛函數。
虛析構函數的必要性
例：
#include <iostream>
using namespace std;
//基類
class Base{
public:
Base();
~Base();
protected:
char *str;
};
Base::Base(){
str = new char[100];
cout<<"Base constructor"<<endl;
}
Base::~Base(){
delete[] str;
cout<<"Base destructor"<<endl;
}
//派生類
class Derived: public Base{
public:
Derived();
~Derived();
private:
char *name;
};
Derived::Derived(){
name = new char[100];
cout<<"Derived constructor"<<endl;
}
Derived::~Derived(){
delete[] name;
cout<<"Derived destructor"<<endl;
}
int main(){
Base *pb = new Derived();
delete pb;
cout<<"-------------------"<<endl;
Derived *pd = new Derived();
delete pd;
return 0;
}
運行結果：
Base constructor
Derived constructor
Base destructor
-------------------
Base constructor
Derived constructor
Derived destructor
Base destructor
由結果可以看出：
1、delete pb;僅調用基類的析構函數，沒有調用派生類的析構函數。因爲這裏的析構函數是非虛函數，通過指針訪問非虛函數時，編譯器會根據指針的類型來確定要調用的函數；也就是說，指針指向哪個類就調用哪個類的函數。pb 是基類的指針，所以不管它指向基類的對象還是派生類的對象，始終都是調用基類的析構函數。
2、delete pd;會同時調用派生類和基類的析構函數。pd 是派生類的指針，編譯器會根據它的類型匹配到派生類的析構函數，在執行派生類的析構函數的過程中，又會調用基類的析構函數。派生類析構函數始終會調用基類的析構函數，並且這個過程是隱式完成的。
更改上面的代碼，將基類的析構函數聲明爲虛函數：
class Base{
public:
Base();
virtual ~Base();
protected:
char *str;
};
運行結果：
Base constructor
Derived constructor
Derived destructor
Base destructor
-------------------
Base constructor
Derived constructor
Derived destructor
Base destructor
在實際開發中，一旦我們自己定義了析構函數，就是希望在對象銷燬時用它來進行清理工作，比如釋放內存、關閉文件等，如果這個類又是一個基類，那麼我們就必須將該析構函數聲明爲虛函數，否則就有內存泄露的風險。也就是說，大部分情況下都應該將基類的析構函數聲明爲虛函數。
二、抽象類與純虛函數
純虛函數
聲明形式（將虛函數聲明爲純虛函數）：
virtual 返回值類型 函數名 (函數參數) = 0;
純虛函數沒有函數體，只有函數聲明，在虛函數聲明的結尾加上=0，表明此函數爲純虛函數。
最後的=0並不表示函數返回值爲0，它只起形式上的作用，告訴編譯系統“這是純虛函數”。
注意
-
一個純虛函數就可以使類成爲抽象基類，但是抽象基類中除了包含純虛函數外，還可以包含其它的成員函數（虛函數或普通函數）和成員變量。
-
只有類中的虛函數才能被聲明爲純虛函數，普通成員函數和頂層函數均不能聲明爲純虛函數。
抽象類
定義
包含純虛函數的類稱爲抽象類（Abstract Class）。
之所以說它抽象，是因爲它無法實例化，也就是無法創建對象。原因很明顯，純虛函數沒有函數體，不是完整的函數，無法調用，也無法爲其分配內存空間。
抽象類通常是作爲基類，讓派生類去實現純虛函數。派生類必須實現抽象類的所有純虛函數才能被實例化。
其他
① 虛函數表 —> 多態實現機制
② typeid運算符：獲取類型信息
③ RTTI機制及其內存模型
- 在程序運行後確定對象的類型信息的機制稱爲運行時類型識別（Run-Time Type Identification，RTTI）。
④ 靜態綁定和動態綁定
- 將變量名和函數名統稱爲符號（Symbol），找到符號對應的地址的過程叫做符號綁定。
- 找到函數名對應的地址，然後將函數調用處用該地址替換，這稱爲函數綁定。
- 一般情況下，在編譯期間（包括鏈接期間）就能找到函數名對應的地址，完成函數的綁定，程序運行後直接使用這個地址即可。這稱爲靜態綁定（Static binding）。
- 有時候在編譯期間想盡所有辦法都不能確定使用哪個函數，必須要等到程序運行後根據具體的環境或者用戶操作才能決定。這稱爲動態綁定（dynamic binding）。
- 動態綁定的本質：編譯器在編譯期間不能確定指針指向哪個對象，只能等到程序運行後根據具體的情況再決定。