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C++多态讲解

news 来源：原创 2025/7/19 18:42:33

1. 多态的概念

通俗来说，就是多种形态。多态分为编译时多态(静态多态)和运行时多态(动态多态)。编译时多态就是函数重载和函数模板，他们传不同的类型的参数就可以调用不同的函数，通过参数的不同达到多种形态，之所以叫编译时多态，是因为实参传给形参的参数匹配是在编译时完成的，我们把编译一般归为静态，运行时归为动态。

运行时多态，具体点就是去完成某个行为(函数)，传不同的对象就会完成不同的行为，就达到多种形态。比如买票这个行为，当普通人买票时，是全家买票；学生买票时，是优惠买票；军人买票是优先买票。

2. 多态的定义及实现

2.1 多态的构成条件

多态是一个继承关系的下的类和对象，去调用同一个函数，产生了不同的行为。比如Student继承了Person。Person对象买票是全价，Student对象买票优惠。

2.1.1 实现多态还有两个必须的重要条件：

1. 必须是基类的指针或者引用调用虚函数。

2. 被调用的函数必须是虚函数，并且完成了虚函数重写/覆盖。

#include<iostream>using namespace std;class Person
{
public:virtual void BuyTicket(){cout << "买票全价" << endl;}
};class Student : public Person
{
public:virtual void BuyTicket(){cout << "买票优惠" << endl;}
};int main()
{Person p;p.BuyTicket();Student s;s.BuyTicket();return 0;
}

2.1.2 虚函数

类成员函数前面家virtual修饰，那么这个成员函数被称为虚函数。注意非成员函数不能加virtual修饰。

class Person
{
public:virtual void BuyTicket(){cout << "买票全价" << endl;}
};

2.1.3 虚函数的重写/覆盖

虚函数的重写/覆盖：派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数(即派生类虚函数与基类虚函数的返回值类型，函数名字，参数列表完全相同)，称派生类的虚函数重写了基类的虚函数。

注意：在重写基类虚函数时，派生类的虚函数在不加virtual关键字时，虽然也构成重写(因为继承后基类的虚函数被继承下来了，在派生类依旧保持虚函数属性)，但是这种写法不规范，不建议这样使用。

#include<iostream>using namespace std;class Person
{
public:virtual void BuyTicket(){cout << "买票全价" << endl;}
};class Student : public Person
{
public:virtual void BuyTicket(){cout << "买票优惠" << endl;}
};void Func(Person* ptr)
{ptr->BuyTicket();
}int main()
{Person p;Student s;Func(&p);Func(&s);return 0;
}

2.1.4 虚函数重写的一些其他问题

1. 协变

派生类重写基类虚函数时，与基类虚函数返回值类型不同。即基类虚函数返回基类对象的指针或者引用，派生类虚函数返回派生类对象的指针或引用时，称为协变。

#include<iostream>using namespace std;class Person
{
public:virtual Person* BuyTicket(){cout << "买票全价" << endl;return nullptr;}
};class Student : public Person
{
public:virtual Student* BuyTicket(){cout << "买票优惠" << endl;return nullptr;}
};void Func(Person* ptr)
{ptr->BuyTicket();
}int main()
{Person p;Student s;Func(&p);Func(&s);return 0;
}

2. 析构函数的重写

基类的析构函数为虚函数，此时派生类析构函数只要定义，无论是否加virtual关键字，都与基类的析构函数构成重写，虽然基类与派生类析构函数名字不同看起来不符合重写的规则，实际上编译器对析构函数的名称做了特殊处理，编译后析构函数的名称统一处理为destructor，所以基类的析构函数加了virtual修饰，派生类的析构函数就构成重写。

#include<iostream>using namespace std;class A
{
public:virtual ~A(){cout << "~A()" << endl;}
};class B : public A
{
public:~B(){cout << "~B()" << _p << endl;delete _p;}protected:int* _p = new int[10];
};int main()
{A* p1 = new A;A* p2 = new B;delete p1;delete p2;return 0;
}

2.1.5 override和final关键字

从上面可以看出，C++对虚函数重写的要求比较严格，但是有些情况下由于疏忽，比如函数名写错参数写错等导致无法构成重写，而这种错误在编译期间是不会报错的，只有在程序运行时没有得到预期结果才知道有bug，因此C++11提供了override，可以帮助用户检测是否重写。如果我们不想让派生类重写这个虚函数，那么就可以用final去修饰。

#include<iostream>using namespace std;class A
{
public:// error C3668: “B::Func”: 包含重写说明符“override”的⽅法没有重写任何基类⽅法//virtual void Func()//{ }
};class B : public A
{
public:virtual void Func() override{cout << "void Func()" << endl;}
};int main()
{return 0;
}

#include<iostream>using namespace std;class A
{
public:virtual void Func() final{ }
};class B : public A
{
public:// // error C3248: “A::Func”: 声明为“final”的函数⽆法被“B::Func”重写virtual void Func() override{cout << "void Func()" << endl;}
};int main()
{return 0;
}

3. 纯虚函数和抽象类

在虚函数的后面写上=0，则这个函数为纯虚函数，纯虚函数不需要定义实现(实现没啥意义因为要被派生类重写，但是语法上可以实现)，只要声明即可。包含纯虚函数的类叫做抽象类，抽象类不能实例化出对象，如果派生类继承后不重写纯虚函数，那么派生类也是抽象类。纯虚函数某种程度上强制了派生类重写虚函数，因为不重写实例化不出对象。

#include<iostream>using namespace std;class A
{
public:virtual void Func() = 0;
};class B : public A
{
public:virtual void Func(){cout << "void Func()" << endl;}
};int main()
{// 编译报错：error C2259: “A”: ⽆法实例化抽象类A a;return 0;
}