掌握了多态的特性，写英雄联盟的代码更少啦！---小林coding

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虚函数和多态

|| 01 虚函数

在类的定义中，前面有 virtual 关键字的成员函数称为虚函数；virtual 关键字只用在类定义里的函数声明中，写函数体时不用。 class Base { virtual int Fun() ; // 虚函数 }; int Base::Fun() // virtual 字段不用在函数体时定义 { }

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|| 02 多态的表现形式一

「派生类的指针」可以赋给「基类指针」；通过基类指针调用基类和派生类中的同名「虚函数」时:若该指针指向一个基类的对象，那么被调用是 基类的虚函数；若该指针指向一个派生类的对象，那么被调用 的是派生类的虚函数。

这种机制就叫做“多态”，说白点就是调用哪个虚函数，取决于指针对象指向哪种类型的对象。

上例子中的 p 指针对象指向的是 CSon 类对象，所以 p->Fun() 调用的是 CSon 类里的 Fun 成员函数。

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|| 03 多态的表现形式二

派生类的对象可以赋给基类「引用」通过基类引用调用基类和派生类中的同名「虚函数」时:若该引用引用的是一个基类的对象，那么被调 用是基类的虚函数；若该引用引用的是一个派生类的对象，那么被 调用的是派生类的虚函数。

这种机制也叫做“多态”，说白点就是调用哪个虚函数，取决于引用的对象是哪种类型的对象。

上例子中的 r 引用的对象是 CSon 类对象，所以 r.Fun() 调用的是 CSon 类里的 Fun 成员函数。

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|| 04 多态的简单例子

A类、B类、E类、D类的关系如下图：

调用使用：

输出结果：

A::Print B::Print D::Print E::Print

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|| 05 多态的作用

在面向对象的程序设计中使用「多态」，能够增强程序的可扩充性，即程序需要修改或增加功能的时候，需要改动和增加的代码较少。

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LOL 英雄联盟游戏

|| 01 需求分析

下面我们用设计 LOL 英雄联盟游戏的英雄的例子，说明多态为什么可以在修改或增加功能的时候，可以较少的改动代码。

LOL 英雄联盟是 5v5 竞技游戏，游戏中有很多英雄，每种英雄都有一个「类」与之对应，每个英雄就是一个「对象」。

英雄之间能够互相攻击，攻击敌人和被攻击时都有相应的动作，动作是通过对象的成员函数实现的。

下面挑了五个英雄：

探险家 CEzreal盖楼 CGaren盲僧 CLeesin无极剑圣 CYi瑞兹 CRyze

基本思路：

为每个英雄类编写 Attack、FightBack 和 Hurted 成员函数：Attack 函数表示攻击动作；FightBack 函数表示反击动作；Hurted 函数表示减少自身生命值，并表现受伤动作。设置基类CHero，每个英雄类都继承此基类

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|| 02 非多态的实现方式

有 n 种英雄，CYi 类中就会有 n 个 Attack 成员函数，以及 n 个 FightBack 成员函数。对于其他类也如此。

如果游戏版本升级，增加了新的英雄寒冰艾希 CAshe，则程序改动较大。所有的类都需要增加两个成员函数:

void Attack(CAshe * pAshe); void FightBack(CAshe * pAshe);

这样工作量是非常大的！！非常的不人性，所以这种设计方式是非常的不好！

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|| 03 多态的实现方式

用多态的方式去实现，就能得知多态的优势了，那么上面的栗子改成多态的方式如下：

如果增加了新的英雄寒冰艾希 CAshe，只需要编写新类CAshe，不再需要在已有的类里专门为新英雄增加：

void Attack( CAshe * pAshe); void FightBack(CAshe * pAshe);

所以已有的类可以原封不动，那么使用多态的特性新增英雄的时候，可见改动量是非常少的。

多态使用方式：

void CYi::Attack(CHero * pHero) { pHero->Hurted(m_nPower); // 多态 pHero->FightBack(this); // 多态 } CYi yi; CGaren garen; CLeesin leesin; CEzreal ezreal; yi.Attack( &garen ); //(1) yi.Attack( &leesin ); //(2) yi.Attack( &ezreal ); //(3)

根据多态的规则，上面的(1)，(2)，(3)进入到 CYi::Attack 函数后

分别调用：

CGaren::Hurted CLeesin::Hurted CEzreal::Hurted

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多态的又一例子

出一道题考考大家，看大家是否理解到了多态的特性，下面的代码，pBase->fun1()输出结果是什么呢？

是不是大家觉得 pBase 指针对象虽然指向的是派生类对象，但是派生类里没有 fun1 成员函数，则就调用基类的 fun1 成员函数，Base::fun1() 里又会调用基类的 fun2 成员函数，所以输出结果是Base::fun2() ？

假设我把上面的代码转换一下， 大家还觉得输出的是 Base::fun2() 吗？

class Base { public: void fun1() { this->fun2(); // this是基类指针，fun2是虚函数，所以是多态 } }

this 指针的作用就是指向成员函数所作用的对象， 所以非静态成员函数中可以直接使用 this 来代表指向该函数作用的对象的指针。

pBase 指针对象指向的是派生类对象，派生类里没有 fun1 成员函数，所以就会调用基类的 fun1 成员函数，在Base::fun1() 成员函数体里执行 this->fun2() 时，实际上指向的是派生类对象的 fun2 成员函数。

所以正确的输出结果是：

Derived:fun2()

所以我们需要注意：

在非构造函数，非析构函数的成员函数中调用「虚函数」，也是多态!!!

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构造函数和析构函数

存在多态吗？

在构造函数和析构函数中调用「虚函数」，不是多态。

编译时即可确定，调用的函数是自己的类或基类中定义的函数，不会等到运行时才决定调用自己的还是派生类的函数。

我们看如下的代码例子，来说明：

输出结果：

hello from son // 构造son对象时执行的构造函数 hello from son // 多态 bye from father // son对象析构时，由于CSon类没有bye成员函数，所以调用了基类的bye成员函数

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多态的实现原理

「多态」的关键在于通过基类指针或引用调用一个虚函数时，编译时不能确定到底调用的是基类还是派生类的函数，运行时才能确定。

我们用 sizeof 来运算有有虚函数的类和没虚函数的类的大小，会是什么结果呢？

class A { public: int i; virtual void Print() { } // 虚函数 }; class B { public: int n; void Print() { } }; int main() { cout << sizeof(A) << ","<< sizeof(B); return 0; }

在 64 位机子，执行的结果：

16,4

从上面的结果，可以发现有虚函数的类，多出了 8 个字节，在 64 位机子上指针类型大小正好是 8 个字节，这多出 8 个字节的指针有什么作用呢？

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|| 01 虚函数表

每一个有「虚函数」的类（或有虚函数的类的派生类）都有一个「虚函数表」，该类的任何对象中都放着虚函数表的指针。「虚函数表」中列出了该类的「虚函数」地址。

多出来的 8 个字节就是用来放「虚函数表」的地址。

// 基类 class Base { public: int i; virtual void Print() { } // 虚函数 }; // 派生类 class Derived : public Base { public: int n; virtual void Print() { } // 虚函数 };

上面 Derived 类继承了 Base类，两个类都有「虚函数」，那么它「虚函数表」的形式可以理解成下图：

多态的函数调用语句被编译成一系列根据基类指针所指向的（或基类引用所引用的）对象中存放的虚函数表的地址，在虚函数表中查找虚函数地址，并调用虚函数的指令。

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|| 02 证明虚函数表指针的作用

在上面我们用 sizeof 运算符计算了有虚函数的类的大小，发现是多出了 8 字节大小（64位系统），这多出来的 8 个字节就是指向「虚函数表的指针」。「虚函数表」中列出了该类的「虚函数」地址。

下面用代码的例子，来证明「虚函数表指针」的作用：

输出结果：

B::Func A::Func第 25-26 行代码中的 pa 指针指向的是 B 类对象，所以 pa->Func() 调用的是 B 类对象的虚函数 Func()，输出内容是 B::Func ；第 29-30 行代码的目的是把 A 类的头 8 个字节的「虚函数表指针」存放到 p1 指针和把 B 类的头 8 个字节的「虚函数表指针」存放到 p2 指针；第 32 行代码目的是把 A 类的「虚函数表指针」 赋值给 B 类的「虚函数表指针」，所以相当于把 B 类的「虚函数表指针」 替换 成了 A 类的「虚函数表指针」；由于第 32 行的作用，把 B 类的「虚函数表指针」 替换 成了 A 类的「虚函数表指针」，所以第 33 行调用的是 A 类的虚函数 Func()，输出内容是 A::Func

通过上述的代码和讲解，可以有效的证明了「虚函数表的指针」的作用，「虚函数表的指针」指向的是「虚函数表」，「虚函数表」里存放的是类里的「虚函数」地址，那么在调用过程中，就能实现多态的特性。

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虚析构函数

析构函数是在删除对象或退出程序的时候，自动调用的函数，其目的是做一些资源释放。

那么在多态的情景下，通过基类的指针删除派生类对象时，通常情况下只调用基类的析构函数，这就会存在派生类对象的析构函数没有调用到，存在资源泄露的情况。

看如下的例子：

// 基类 class A { public: A() // 构造函数 { cout << "construct A" << endl; } ~A() // 析构函数 { cout << "Destructor A" << endl; } }; // 派生类 class B : public A { public: B() // 构造函数 { cout << "construct B" << endl; } ~B()// 析构函数 { cout << "Destructor B" << endl; } }; int main() { A *pa = new B(); delete pa; return 0; }

输出结果：

construct A construct B Destructor A

从上面的输出结果可以看到，在删除 pa指针对象时，B 类的析构函数没有被调用。

解决办法：把基类的析构函数声明为virtual

派生类的析构函数可以 virtual 不进行声明；通过基类的指针删除派生类对象时，首先调用派生类的析构函数，然后调用基类的析构函数，还是遵循「先构造，后虚构」的规则。

将上述的代码中的基类的析构函数，定义成「虚析构函数」：

// 基类 class A { public: A() { cout << "construct A" << endl; } virtual ~A() // 虚析构函数 { cout << "Destructor A" << endl; } };

输出结果：

construct A construct B Destructor B Destructor A

所以要养成好习惯:

一个类如果定义了虚函数，则应该将析构函数也定义成虚函数;或者，一个类打算作为基类使用，也应该将析构函数定义成虚函数。注意：构造函数不能定义成虚构造函数。

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纯虚函数和抽象类

纯虚函数：没有函数体的虚函数

class A { public: virtual void Print() = 0 ; //纯虚函数 private: int a; };

包含纯虚函数的类叫抽象类

抽象类只能作为基类来派生新类使用，不能创建抽象类的对象抽象类的指针和引用可以指向由抽象类派生出来的类的对象A a; // 错，A 是抽象类，不能创建对象 A * pa ; // ok,可以定义抽象类的指针和引用 pa = new A ; // 错误, A 是抽象类，不能创建对象 ---来自腾讯云社区的---小林coding