C++ Polymorphism 简单探讨

关于 C++ 中多态 Polymorphism 的实现，我们都知道要通过虚函数 virtual function。记得我第一次接触多态的例程的时候，在父类 Base Class 中，并没有在需要子类 Derived Class 重定义的函数前声明 virtual，不过即便如此，也一样实现了多态。后来，我学习到 virtual function 的时候才发现，奇怪，不使用 virtual 也可以在子类中对函数进行重定义，那么 virtual 函数的不同在哪里呢？

讨论 1

C++ 的 non-virtual 函数可以重定义，那么 virtual 函数相比 non-virtual 函数有什么不一样？

结论：虚函数能让你在仅用一个指针进行调用时，确保访问到希望访问的方法，而非虚函数不行。

见如下 Code_1，基类的函数前并没有加 virtual。从输出结果可以看出，pa 指向 Pig 时候，并没有访问到 Pig 的方法。同样下面存放指针的 voa 容器也没有访问到正确的方法。

现在，我们把代码改成如下 Code_2（基类成员函数前加 virtual）。显而易见，现在都访问到了正确的方法。

不过需要注意的是，在这个例子中我并没有写析构函数 dtor，如果（在 Animal 中）写出则必须为 virtual。

• 🖕 Code_ 1
• 🖕 Code_ 2

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

class Animal {
public:
    void animalSound() { cout << "__Animal_make_a_sound__" << endl; }
};
class Pig : public Animal {
public:
    void animalSound() { cout << "__Pig_make_a_sound__" << endl; }
};
class Dog : public Animal {
public:
    void animalSound() { cout << "__Dog_make_a_sound__" << endl; }
};

int main(int argc, char **argv) {
    Animal _Animal;
    Pig _pig;
    Dog _dog;
    _Animal.animalSound();  //__Animal_make_a_sound__
    _pig.animalSound();     //__Pig_make_a_sound__
    _dog.animalSound();     //__Dog_make_a_sound__

    Pig *pp = new Pig();
    Animal *pa = pp;
    pa->animalSound();      //__Animal_make_a_sound__
    pp->animalSound();      //__Pig_make_a_sound__

    vector<Animal *> voa;
    voa.push_back(new Pig());
    voa.push_back(new Dog());
    for (auto x: voa) {
        x->animalSound();   //__Animal_make_a_sound__
        cout << endl;       //__Animal_make_a_sound__
    }
    return 0;
}

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

class Animal {
public:
    virtual void animalSound() { cout << "__Animal_make_a_sound__" << endl; }
};
class Pig : public Animal {
public:
    void animalSound() { cout << "__Pig_make_a_sound__" << endl; }
};
class Dog : public Animal {
public:
    void animalSound() { cout << "__Dog_make_a_sound__" << endl; }
};

int main(int argc, char **argv) {
    Animal _Animal;
    Pig _pig;
    Dog _dog;
    _Animal.animalSound();  //__Animal_make_a_sound__
    _pig.animalSound();     //__Pig_make_a_sound__
    _dog.animalSound();     //__Dog_make_a_sound__

    Pig *pp = new Pig();
    Animal *pa = pp;
    pa->animalSound();      //__Pig_make_a_sound__
    pp->animalSound();      //__Pig_make_a_sound__

    vector<Animal *> voa;
    voa.push_back(new Pig());
    voa.push_back(new Dog());
    for (auto x: voa) {
        x->animalSound();   //__Pig_make_a_sound__
        cout << endl;       //__Dog_make_a_sound__
    }
    return 0;
}

讨论 2

什么情况下使用 virtual ？或者说，有什么使用建议？

• 某类作为父类，其派生类需要对函数进行重定义 override，要对需要重定义的函数前加 virtual。
• 某类存在派生，那么它的析构函数 dtor 必须是 virtual 的，否则可能导致资源泄露。
• non-virtual 函数可以确保当你使用父类指针时，一定能调用父类的方法（上述例子）。

另外，virtual 函数调用要通过虚表 virtual table 找到对应的函数指针，而 non-virtual 函数在编译的时候就已经确定了调用函数的地址。所以，调用函数的效率上 non-virtual 函数高一些。

讨论 3

⭐ 总结：

• virtual 可以实现多态，这是我们都知道的。
• non-virtual 也可以实现多态特性，但是在进行指针调用时候无法访问到子类的正确方法上，这一点需要注意。
• 所以，养成好习惯，父类需要重定义 override 的函数，就加上 virtual。