一 多態性的分類

編譯時的多態
函數重載
運算符重載
運行時的多態
虛函數

1 運算符重載的引入

使用C++編寫程序時，我們不僅要使用基本數據類型，還要設計新的數據類型-------類類型。

一般情況下，基本數據類型的運算都是運算符來表達，這很直觀，語義也簡單。

例如：

int a,b,c;a=b+c;

對于基本數據類型，就隱含著運算符重載的概念。

如果直接將運算符作用在類類型之上，情況又如何呢？
例如：

Complex ret,c1,c2;ret=c1+c2;

編譯器將不能識別運算符的語義。
需要一種機制來重新定義運算符作用在類類型上的含義。
這種機制就是運算符重載。

二 兩種重載函數的比較

多數情況下，運算符可以重載為類的成員函數，也可以重載為友元函數。但兩種重載也有各自特點：
一般情況下，單目運算符重載為類的成員函數；雙目元素重載為類的友元函數。
有些雙目運算符不能重載為類的友元函數：=，（），[],->
類型轉換函數只能定義為類的成員函數，而不能定義為友元函數。
若一個運算符的操作需要修改對象的狀態，則重載為成員函數比較好；
若運算符所需要的操作數（尤其是第一個操作數）希望有隱式類型轉換，則只能選擇友元函數；
若運算符是成員函數，最左邊的操作數必須是運算符類的對象（或者類對象的引用）。如果左邊操作數必須是一個不同類的對象，或者是基本數據類型，則必須重載為友元函數；
當需要重載運算符的元素具有交換性時，重載為友元函數；

1 重載運算符的幾點注意事項

大多數預定義的運算符可以被重載，重載后的優先級、結合級及所需的操作數都不變。
但少數的C++運算符不能重載：

不能重載非運算符的符號，例如：；
C++ 不運行重載不存在的運算符，如"?"、“**”等。

當運算符被重載時，它是被綁定在一個特定的類類型之上的。當此運算符不作用在特定類類型上時，它將保持原有的含義。

當重載運算符時，不能創造新的運算符符號，例如不能用"**"來表示求幕運算符。

應當盡可能保持重載運算符原有的語義。試想，如果在某個程序中用"+“表示減,”*"表示除,那么這個程序讀起來將會非常別扭。

三 多態性的引入

1 虛函數和多態性

重載普通的成員函數的兩種方式：
在同一個類中重載：重載函數是以參數特征區分的。
派生類重載基類的成員函數：
由于重載函數處在不同的類中，因此它們的原型可以完全相同。調用時使用“類名::函數名”的方式加以區分。
以上兩種重載的匹配都是在編譯的時候靜態完成的。

重載是一種簡單形式的多態。
C++提供另一種更加靈活的多態機制：虛函數。虛函數運行函數調用與函數體的匹配在運行時才確定。
虛函數提供的是一種動態綁定的機制。

2 賦值兼容規則

在公有派生方式下，派生類對象可以作為基類對象來使用，具體方式如下：

派生類擁有從基類繼承過來的成員；
基類對象和派生類對象的內存布局方式；

當一個派生類對象直接賦值給基類對象時，不是所有的數據都賦給了基類對象，賦予的只是派生類對象的一部分。這部分叫做派生類對象的“切片(sliced)”。

注意
回憶一下不同的繼承方式，子類對基類中成員的訪問權限：

只有在公有派生的情況下，才有可能出現“基類的公有成員變成派生類的公有成員”的情況。

通過基類引用或指針所能看到的是一個基類對象，派生類中的成員對于基類引用或指針來說是“不可見的”。

我們能不能“通過基類引用或指針來訪問派生類的成員”呢？
為了達到上述目的，我們可以利用C++的虛函數機制，將基類的Print說明為虛函數形式。這樣就可以通過基類引用或指針來訪問派生類中的Print。

3 虛函數

在基類中用virtual關鍵字聲明的成員函數即為虛函數。

虛函數可以在一個或多個派生類中被重寫定義，但要求重定義時虛函數的原型(包括返回值類型、函數名、參數列表)必須完全相同。

3 基類中的函數具有虛特性的條件

在基類中用virtual將函數說明為虛函數。
在公有派生類中原型一致地重載該虛函數。
定義基類引用或指針，使其引用或指向派生類對象。當通過該引用或指針調用需要函數時，該函數將體現出虛特性來。

C++中，基類必須指出希望派生類重定義哪些函數。定義為virtual的函數是基類期待派生類重新定義的，基類希望派生類繼承的函數不能定義為虛函數。

注意：
在派生類中重載虛函數時必須與基類中的函數原型相同，否則該函數將丟失虛特性。

僅返回類型不同，其他相同。C++編譯器認為這種情況是不允許的。

函數原型不同，，僅函數名相同。C++編譯器認為這是一般的函數重載，此時虛特性丟失。

四 虛函數與多態性

1 提供虛函數的意義

提升軟件的重用性
基類使用虛函數提供一個接口，但派生類可以定義自己的實現版本。
虛函數調用的解釋依賴于它的對象類型，這就實現了“一個接口，多種語義”的概念。
提供軟件架構的合理性。

2 虛函數和虛指針

在編譯時，為每個有虛函數的類建立一張虛函數表VTABLE,表中存放的時每一個虛函數的指針；同時用一個虛指針VPTR指向這張表的入口。
訪問某個虛函數時，不是直接找到那個函數的地址，而是通過VPTR間接查到它的地址。

對象的內存空間除了保存數據成員外，還保存VPTR。VPTR由構造函數來初始化。

3 對虛函數的要求

虛函數必須是類的非靜態成員函數。
不能將虛函數說明為全局函數。
不能將虛函數說明為靜態成員函數。
不能將虛函數說明為友元函數。

本質的原因就是非靜態成員函數隱含傳遞this指針，而通過this指針能夠找到VPTR。

4 在成員函數中調用虛函數

在一個基類或派生類的成員函數中，可以直接調用類等級中的虛函數。此時需要根據成員函數中this指針所指向的對象來判斷調用的時哪一個函數。

5 析構函數可以定義為虛函數

構造函數不能定義為虛函數。
而析構函數可以定義為虛函數。

若析構函數為虛函數，那么當使用delete釋放基類指針所指向的派生類對象時，先調用派生類的析構函數，再調用基類的析構函數。

五 純虛函數與抽象類

基類中的這些公共接口只需要有售賣而不需要有實現，即純虛函數。純虛函數刻畫了派生類應該遵循的協議，這些協議的具體實現由派生類來決定。

將一個函數說明為純虛hasn’t，就要求任何派生類都定義自己的實現。
擁有純虛函數的類被稱為抽象類。抽象類不能被實例化，只能作為基類被使用。
抽象類的派生類需要實現純虛函數，否則該派生類也是一個抽象類。
當抽象類的所有函數成員都是純虛函數時，這個類被稱為接口類。

小結：
繼承和動態綁定在兩個方面簡化了我們的程序：
能夠容易地定義與其他類相似但又不相同的新類，能更容易地編寫忽略這些相似類型之間區別的程序。

許多應用程序的特性可以用一些相關但略有不同的概率描述。面向對象編程與這種應用非常匹配。通過繼承可以定義一些類型，可以模型不同沖類；通過動態綁定可以編寫程序，使用這些類而又忽略與具體類型相關的差異。

繼承和動態綁定的思想在概念上非常簡單，但對于如何創建應用程序以及對于程序設計語言必須支持得特性，含義深遠。

面向對象編程的關鍵思想是多態性。因為在需要情況下可以互換地使用派生類型或基類型的“許多形態”,所以稱通過繼承而相關聯的類型為多態類型。C++中，多態型僅用于通過繼承而相關性的類型的引用或指針。

我們稱因繼承而相關的類構成一個繼承層次。其中一個類稱為根，所有其他類直接或間接繼承根類。