一 多态性的分类

编译时的多态
函数重载
运算符重载
运行时的多态
虚函数

1 运算符重载的引入

使用C++编写程序时，我们不仅要使用基本数据类型，还要设计新的数据类型-------类类型。

一般情况下，基本数据类型的运算都是运算符来表达，这很直观，语义也简单。

例如：

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

对于基本数据类型，就隐含着运算符重载的概念。

如果直接将运算符作用在类类型之上，情况又如何呢？
例如：

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

编译器将不能识别运算符的语义。
需要一种机制来重新定义运算符作用在类类型上的含义。
这种机制就是运算符重载。

二 两种重载函数的比较

多数情况下，运算符可以重载为类的成员函数，也可以重载为友元函数。但两种重载也有各自特点：
一般情况下，单目运算符重载为类的成员函数；双目元素重载为类的友元函数。
有些双目运算符不能重载为类的友元函数：=，（），[],->
类型转换函数只能定义为类的成员函数，而不能定义为友元函数。
若一个运算符的操作需要修改对象的状态，则重载为成员函数比较好；
若运算符所需要的操作数（尤其是第一个操作数）希望有隐式类型转换，则只能选择友元函数；
若运算符是成员函数，最左边的操作数必须是运算符类的对象（或者类对象的引用）。如果左边操作数必须是一个不同类的对象，或者是基本数据类型，则必须重载为友元函数；
当需要重载运算符的元素具有交换性时，重载为友元函数；

1 重载运算符的几点注意事项

大多数预定义的运算符可以被重载，重载后的优先级、结合级及所需的操作数都不变。
但少数的C++运算符不能重载：

不能重载非运算符的符号，例如：；
C++ 不运行重载不存在的运算符，如"?"、“**”等。

当运算符被重载时，它是被绑定在一个特定的类类型之上的。当此运算符不作用在特定类类型上时，它将保持原有的含义。

当重载运算符时，不能创造新的运算符符号，例如不能用"**"来表示求幕运算符。

应当尽可能保持重载运算符原有的语义。试想，如果在某个程序中用"+“表示减,”*"表示除,那么这个程序读起来将会非常别扭。

三 多态性的引入

1 虚函数和多态性

重载普通的成员函数的两种方式：
在同一个类中重载：重载函数是以参数特征区分的。
派生类重载基类的成员函数：
由于重载函数处在不同的类中，因此它们的原型可以完全相同。调用时使用“类名::函数名”的方式加以区分。
以上两种重载的匹配都是在编译的时候静态完成的。

重载是一种简单形式的多态。
C++提供另一种更加灵活的多态机制：虚函数。虚函数运行函数调用与函数体的匹配在运行时才确定。
虚函数提供的是一种动态绑定的机制。

2 赋值兼容规则

在公有派生方式下，派生类对象可以作为基类对象来使用，具体方式如下：

派生类拥有从基类继承过来的成员；
基类对象和派生类对象的内存布局方式；

当一个派生类对象直接赋值给基类对象时，不是所有的数据都赋给了基类对象，赋予的只是派生类对象的一部分。这部分叫做派生类对象的“切片(sliced)”。

注意
回忆一下不同的继承方式，子类对基类中成员的访问权限：

只有在公有派生的情况下，才有可能出现“基类的公有成员变成派生类的公有成员”的情况。

通过基类引用或指针所能看到的是一个基类对象，派生类中的成员对于基类引用或指针来说是“不可见的”。

我们能不能“通过基类引用或指针来访问派生类的成员”呢？
为了达到上述目的，我们可以利用C++的虚函数机制，将基类的Print说明为虚函数形式。这样就可以通过基类引用或指针来访问派生类中的Print。

3 虚函数

在基类中用virtual关键字声明的成员函数即为虚函数。

虚函数可以在一个或多个派生类中被重写定义，但要求重定义时虚函数的原型(包括返回值类型、函数名、参数列表)必须完全相同。

3 基类中的函数具有虚特性的条件

在基类中用virtual将函数说明为虚函数。
在公有派生类中原型一致地重载该虚函数。
定义基类引用或指针，使其引用或指向派生类对象。当通过该引用或指针调用需要函数时，该函数将体现出虚特性来。

C++中，基类必须指出希望派生类重定义哪些函数。定义为virtual的函数是基类期待派生类重新定义的，基类希望派生类继承的函数不能定义为虚函数。

注意：
在派生类中重载虚函数时必须与基类中的函数原型相同，否则该函数将丢失虚特性。

仅返回类型不同，其他相同。C++编译器认为这种情况是不允许的。

函数原型不同，，仅函数名相同。C++编译器认为这是一般的函数重载，此时虚特性丢失。

四 虚函数与多态性

1 提供虚函数的意义

提升软件的重用性
基类使用虚函数提供一个接口，但派生类可以定义自己的实现版本。
虚函数调用的解释依赖于它的对象类型，这就实现了“一个接口，多种语义”的概念。
提供软件架构的合理性。

2 虚函数和虚指针

在编译时，为每个有虚函数的类建立一张虚函数表VTABLE,表中存放的时每一个虚函数的指针；同时用一个虚指针VPTR指向这张表的入口。
访问某个虚函数时，不是直接找到那个函数的地址，而是通过VPTR间接查到它的地址。

对象的内存空间除了保存数据成员外，还保存VPTR。VPTR由构造函数来初始化。

3 对虚函数的要求

虚函数必须是类的非静态成员函数。
不能将虚函数说明为全局函数。
不能将虚函数说明为静态成员函数。
不能将虚函数说明为友元函数。

本质的原因就是非静态成员函数隐含传递this指针，而通过this指针能够找到VPTR。

4 在成员函数中调用虚函数

在一个基类或派生类的成员函数中，可以直接调用类等级中的虚函数。此时需要根据成员函数中this指针所指向的对象来判断调用的时哪一个函数。

5 析构函数可以定义为虚函数

构造函数不能定义为虚函数。
而析构函数可以定义为虚函数。

若析构函数为虚函数，那么当使用delete释放基类指针所指向的派生类对象时，先调用派生类的析构函数，再调用基类的析构函数。

五 纯虚函数与抽象类

基类中的这些公共接口只需要有售卖而不需要有实现，即纯虚函数。纯虚函数刻画了派生类应该遵循的协议，这些协议的具体实现由派生类来决定。

将一个函数说明为纯虚hasn’t，就要求任何派生类都定义自己的实现。
拥有纯虚函数的类被称为抽象类。抽象类不能被实例化，只能作为基类被使用。
抽象类的派生类需要实现纯虚函数，否则该派生类也是一个抽象类。
当抽象类的所有函数成员都是纯虚函数时，这个类被称为接口类。

小结：
继承和动态绑定在两个方面简化了我们的程序：
能够容易地定义与其他类相似但又不相同的新类，能更容易地编写忽略这些相似类型之间区别的程序。

许多应用程序的特性可以用一些相关但略有不同的概率描述。面向对象编程与这种应用非常匹配。通过继承可以定义一些类型，可以模型不同冲类；通过动态绑定可以编写程序，使用这些类而又忽略与具体类型相关的差异。

继承和动态绑定的思想在概念上非常简单，但对于如何创建应用程序以及对于程序设计语言必须支持得特性，含义深远。

面向对象编程的关键思想是多态性。因为在需要情况下可以互换地使用派生类型或基类型的“许多形态”,所以称通过继承而相关联的类型为多态类型。C++中，多态型仅用于通过继承而相关性的类型的引用或指针。

我们称因继承而相关的类构成一个继承层次。其中一个类称为根，所有其他类直接或间接继承根类。