在《C++基类和派生类的赋值》一节中讲到,基类的指针也可以指向派生类对象。请看下面的例子:

#include <iostream>
using namespace std;
class People{
protected:
char *name;
public:
People(char *name):name(name){}
void display(){ cout<<"People: "<<name<<endl;}
};
class Student: public People{
public:
Student(char *name):People(name){}
void display(){ cout<<"Student: "<<name<<endl;}
};
int main(){
People *p = new People("Xiao Ming");
p->display();
p = new Student("Li Lei");
p->display();
return ;
}

运行结果:
People: Xiao Ming
People: Li Lei

我们通常认为,如果指针指向了派生类对象,那么就应该使用派生类的成员变量和成员函数,这符合人们的思维习惯。

但是本例的运行结果却告诉我们:当基类指针 p 指向派生类 Student 的对象时,虽然使用了 Student 的成员变量,但是却没有使用它的成员函数,造成输出结果不伦不类,不符合我们的预期。

如果希望通过 p 指针访问 Student 类的成员函数,可以将该成员函数声明为虚函数,请看下面的代码:

#include <iostream>
using namespace std;
class People{
protected:
char *name;
public:
People(char *name):name(name){}
//加virtual关键字声明为虚函数
virtual void display(){ cout<<"People: "<<name<<endl;}
};
class Student: public People{
public:
Student(char *name):People(name){}
//加virtual关键字声明为虚函数
virtual void display(){ cout<<"Student: "<<name<<endl;}
};
int main(){
People *p = new People("Xiao Ming");
p->display();
p = new Student("Li Lei");
p->display();
return ;
}

运行结果:
People: Xiao Ming
Student: Li Lei

与上面的代码相比,这段代码仅仅是在 display() 函数声明前加了一个 virtual 关键字,将成员函数声明为了虚函数(Virtual Function)。这样,就可以通过 p 指针调用 Student 类的成员函数了,运行结果也证明了这一点。

借助虚函数,基类指针既可以使用基类的成员函数,也可以使用派生类的成员函数,它有多种形态,或多种表现方式,这就是多态(Polymorphism)。

上面的代码中,同样是p->display();这条语句,当 p 指向不同的对象时,它执行的操作是不一样的。同一条语句可以执行不同的操作,看起来有不同表现方式,这就是多态

多态是面向对象的主要特征之一。在C++中,虚函数的唯一用处就是构成多态。

C++提供多态的目的是:可以通过基类指针对所有派生类(包括直接派生和间接派生)的成员变量和成员函数进行“全方位”的访问,尤其是成员函数。如果没有多态,我们只能访问成员变量。

构成多态的条件

多态存在的三个条件:

  • 必须存在继承关系;
  • 继承关系中必须有同名的虚函数,并且它们是覆盖关系(重载不行)。
  • 存在基类的指针,通过该指针调用虚函数。

注意:派生类中的虚函数必须覆盖(不是重载)基类中的虚函数,才能通过基类指针访问。请看下面的代码:

#include <iostream>
using namespace std;
class Base{
public:
void a(){ cout<<"Base::a()"<<endl; }
virtual void b(){ cout<<"Base::b()"<<endl; }
virtual void c(){ cout<<"Base::c()"<<endl; }
};
class Derived: public Base{
public:
//覆盖基类普通成员函数,不构成多态
void a(){ cout<<"Derived::a()"<<endl; }
//覆盖基类虚函数,构成多态
virtual void b(){ cout<<"Derived::b()"<<endl; }
//重载基类虚函数,不构成多态
virtual void c(int n){ cout<<"Derived::c()"<<endl; }
//派生类新增函数
int d(){ cout<<"Derived::d()"<<endl; }
};
int main(){
Base *p = new Derived;
p -> a();
p -> b();
p -> c(); //Compile Error
p -> d(); //Compile Error
return ;
}

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