第三十四節 C++ 多態原理與虛函數表

多態: 將派生類對象視爲基類對象，執行派生類對象的操作, 可用virtual實現多態。

下面代碼存在兩個問題：

#include <iostream>
using namespace std;

/* 這段代碼將存在兩個嚴重問題：
 * 1. 當在函數VerityWhitchClass()傳入一個對象時，我們希望它執行被傳入對象的方法，但這裏執行了基類的方法
 * 2. 當delete傳入的對象指針時， 應該將先釋放子類對象，再釋放基類對象，這裏僅僅釋放了基類對象，造成了內存泄漏
 */
class BaseClass {
public:
	void debugFun() { cout << "this is BaseCalss" << endl; }
	BaseClass() { cout << "BaseClass constructor" << endl; }
	~BaseClass() { cout << "~BaseClass deconstructor" << endl; }
};

/*實例化對象時，將創建兩個對象，子對象和基類對象，通過從調用的構造函數可以看出*/
class SonClass : public BaseClass {
public:
	void debugFun() { cout << "this is SonClass" << endl; }
	SonClass() { cout << "SonClass constructor" << endl; }
	~SonClass() { cout << "~SonClass deconstructor" << endl; }
};

/*這裏採用了指針傳入（也可以採用引用方式），而沒有采用值傳入的方式，爲了防止出現淺複製*/
void VerityWhitchClass(BaseClass* Base) {//子類實例化對象當參數，這裏將子類對象轉化成基類類型
	Base->debugFun();  //問題1： 應該調用傳入對象的方法，但這裏調用了基類的方法，
	delete Base; //問題2： 應該先釋放子類對象，再釋放基類對象，但這裏僅釋放了基類對象
}

int main()
{
	SonClass* Son = new SonClass; //堆上實例化對象，需要用delete去釋放
	VerityWhitchClass(Son);
	return 0;
}

output:

BaseClass constructor
SonClass constructor
this is BaseCalss             //錯誤，調用了基類的方法，沒有調用派生類的方法

~BaseClass deconstructor   //錯誤，只對基類對象進行析構，沒有對派生類對象進行析構

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這裏將解決上面的問題，也就是實現多態。

#include <iostream>
using namespace std;

class BaseClass {
public:
	/*用關鍵字virtual將函數聲明爲虛函數*/
	virtual void debugFun() { cout << "this is BaseCalss" << endl; }
	BaseClass() { cout << "BaseClass constructor" << endl; }
	/*用關鍵字virtual將函數聲明爲虛析構函數*/
	virtual ~BaseClass() { cout << "~BaseClass deconstructor" << endl; }
};

/*實例化對象時，將創建兩個對象，子對象和基類對象，通過從調用的構造函數可以看出*/
class SonClass : public BaseClass {
public:
	void debugFun() { cout << "this is SonClass" << endl; }
	SonClass() { cout << "SonClass constructor" << endl; }
	~SonClass() { cout << "~SonClass deconstructor" << endl; }
};


void VerityWhitchClass(BaseClass* Base) {
	Base->debugFun();
	delete Base; 
}

int main()
{
	SonClass* Son = new SonClass; //堆上實例化對象，需要用delete去釋放
	VerityWhitchClass(Son);
	return 0;
}

output: 

BaseClass constructor
SonClass constructor
this is SonClass     //調用正確，調用了派生類對象的方法
~SonClass deconstructor //析構了兩個對象

~BaseClass deconstructor

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多態的原理：在實例化含有虛函數的類時，會在對象中產生一個虛函數表指針（通過打印對象的大小可以看出多了4byte）。

這個指針指向虛函數表，虛函數表中存放着虛函數的地址，每個虛函數均指向函數實現。

1. 對於基類：虛函數指向基類的虛函數實現。

2. 對於派生類：虛函數指向派生類的虛函數實現，若繼承來的虛函數，沒有在派生類中實現，指向基類的虛函數實現。

3. 當派生類對象被視爲基類對象時（派生類類型轉成基類類型），雖然類型被轉變，但虛函數表指針（地址）並沒有發生改變，仍然是派生類的虛函數指針，所有在調用基類的函數時，會調用派生類的虛函數實現。