多態(tài)【Polymorphism】是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的一個(gè)重要特性，即一個(gè)接口，多種實(shí)現(xiàn)方式。

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在C++中，多態(tài)體現(xiàn)為兩個(gè)方面，一個(gè)是編譯時(shí)多態(tài)，一個(gè)是運(yùn)行時(shí)多態(tài)。編譯時(shí)多態(tài)是靜態(tài)多態(tài)，運(yùn)行時(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)多態(tài)。

靜態(tài)多態(tài)分為【函數(shù)重載】和【模板（也稱為泛型編程）】。

函數(shù)重載主要是C++ 將參數(shù)列表也作為函數(shù)的標(biāo)識(shí)，不想C，只是將函數(shù)名作為標(biāo)識(shí)。那么就存在最佳匹配問題。

運(yùn)行時(shí)多態(tài)主要指【虛函數(shù)】

虛函數(shù)：
在基類聲明一個(gè)虛函數(shù)，在子類中進(jìn)行重寫。基類的引用或者指針是指向派生類的對(duì)象的，基類調(diào)用該函數(shù)時(shí)，自動(dòng)指向派生類的函數(shù)，這就是動(dòng)態(tài)多態(tài)。

注意：如果不聲明一個(gè)虛函數(shù)，那么就是【函數(shù)隱藏/覆蓋】，注意這里是子類和父類擁有同名函數(shù)，而無需考慮參數(shù)列表。

具體實(shí)現(xiàn)
每個(gè)有虛函數(shù)的類都會(huì)有一個(gè)虛函數(shù)表，這里保存的就是虛函數(shù)的地址信息。所有存在虛函數(shù)的類的實(shí)例都會(huì)在內(nèi)存中保存一個(gè)虛函數(shù)表，當(dāng)調(diào)用虛函數(shù)的時(shí)候，從虛函數(shù)表中查找對(duì)應(yīng)的需要調(diào)用的函數(shù)地址。

編譯器會(huì)為每個(gè)存在虛函數(shù)的類對(duì)象插入一個(gè)vtpr(virtul function pointer)，該vptr指向存放了虛函數(shù)地址的虛函數(shù)表vtbl，這樣對(duì)象在調(diào)用虛函數(shù)的時(shí)候，第一步會(huì)先根據(jù)vptr找到vbtl，然后根據(jù)該虛函數(shù)在vbtl中的索引來進(jìn)行調(diào)用，這樣就實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行時(shí)多態(tài)功能。

大部分編譯器的實(shí)現(xiàn)，都是將vptr放在對(duì)象的首位，所以我們可以通過這個(gè)特點(diǎn)來直接調(diào)用虛函數(shù)表中的函數(shù)。

Derived d;
long address = *(long*)&d;
Fun fun= (Fun)(*(long*)address);

對(duì)比普通成員函數(shù)和虛函數(shù)
在C++中，允許對(duì)函數(shù)進(jìn)行重載，那么就需要對(duì)函數(shù)進(jìn)行name mangling。

在此，說下編譯器mangling后函數(shù)名的規(guī)則，仍然以成員函數(shù)Print()優(yōu)化后的名稱_ZN4Base5PrintEv為例(這個(gè)規(guī)則以筆者使用的gcc為例)：

• 編碼后的符號(hào)由_Z開頭
• 如果有作用域符，則在_Z之后加上N
• 接著是命名空間名字長(zhǎng)度、命名空間名字、類名字長(zhǎng)度、類名、成員函數(shù)名稱、函數(shù)名稱
• 如果有作用域符，則以E結(jié)尾
• 最后加上函數(shù)形參符號(hào)，void是v，int是i，char是c，P代表指針，有幾個(gè)形參就寫幾個(gè)符號(hào)

從上述規(guī)則我們可以看出，C++中的重載只跟函數(shù)名和函數(shù)參數(shù)有關(guān)。

而對(duì)于成員函數(shù)，會(huì)將其轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的非成員函數(shù)：
#1 安插一個(gè)額外的參數(shù)，const class *this 進(jìn)入成員函數(shù)
#2 將成員函數(shù)進(jìn)行mangling 處理，轉(zhuǎn)換成獨(dú)一無二的函數(shù)名
最終會(huì)被轉(zhuǎn)化成一個(gè)普通的函數(shù)。

而虛函數(shù)對(duì)比普通的成員函數(shù)，多了一步虛函數(shù)尋址。
不過基類指針指向什么具體類型，但是總可以找到對(duì)應(yīng)對(duì)象的vtbl，就可以進(jìn)行函數(shù)訪問。

C++17中引入了 variant 和 visit 以實(shí)現(xiàn)多態(tài)

variant是C++17引入的變體類型，它大的優(yōu)勢(shì)是提供了一種新的具有多態(tài)性的處理不同類型集合的方法。也就是說，它可以幫助我們處理不同類型的數(shù)據(jù)，并且不需要公共基類和指針。

可以將其理解為union的升級(jí)版，之所以稱之為升級(jí)版，是因?yàn)閡nion有如下缺點(diǎn)：

• 對(duì)象并不知道它們現(xiàn)在持有的值的類型
• 不能持有std::string等非平凡類型
• 不能被繼承

既然稱之為union的升級(jí)版，那么union的缺點(diǎn)其肯定不存在的，在此我們整理了下variant的特點(diǎn)：

• 可以獲取當(dāng)前類型
• 可以持有任何類型的值(不能是引用、C類型的數(shù)組指針、void等)
• 可以被繼承

【visit】
定義：

templateconstexpr visit( Visitor&& vis, Variants&&... vars );

在上述定義中，vis是一個(gè)訪問器，而vars則是傳給訪問器的參數(shù)列表。換句話說，std::visit能將所有變體類型參數(shù)所存放的數(shù)據(jù)作為參數(shù)傳給函數(shù)。

std::visit訪問器可以是函數(shù)對(duì)象、泛型lambda以及重載的lambda等。

#include#include#includestruct Visitor {void operator()(int n) const {std::cout<< "int: "<< n<< std::endl;
  }
  
  void operator()(const std::string &str) const {std::cout<< "string: "<< str<< std::endl;
  }
};
  
int main() {std::variantv;
  Visitor vst;
  v = "with Visitor";
  std::visit(vst, v);
  return 0;
}

輸入如下：

string:with Visitor

結(jié)合variant 和 visit 實(shí)現(xiàn)多態(tài)

struct CallPrint {void operator()(const Base& b) {b.Print(); }    
    void operator()(const Derived& d) {d.Print(); }    
};

int main() {std::variantv = Derived();
  std::visit(CallPrint{}, v);
  v = Base();
  std::visit(CallPrint{}, v);
  return 0;
}

這就需要從其優(yōu)缺點(diǎn)來進(jìn)行分析，使用者可以根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行選擇，首先，總結(jié)下其優(yōu)點(diǎn)：

• 值語義，無需動(dòng)態(tài)分配
• 不需要基類，類之間可以不相關(guān)
• 相比于虛函數(shù)的重載(函數(shù)名、參數(shù)完全一致)，variant只需要函數(shù)名一致即可，即不同的類里面可以函數(shù)名相同而參數(shù)不同，通過visit來進(jìn)行對(duì)應(yīng)的調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)多態(tài)

看完了前面的內(nèi)容，其缺點(diǎn)也相對(duì)來說比較明顯，如下：

• 需要在編譯時(shí)預(yù)先了解所有類型
• 浪費(fèi)內(nèi)存，因?yàn)閟td::variant大小是支持類型的大大小。因此，如果一種類型是 10 字節(jié)，另一種是100 字節(jié)，那么每個(gè)變體至少是 100 字節(jié)。因此，您可能會(huì)丟失 90 個(gè)字節(jié)
• 每個(gè)多態(tài)操作都需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)對(duì)應(yīng)的visit

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網(wǎng)站欄目：【C++】動(dòng)態(tài)多態(tài)-創(chuàng)新互聯(lián)
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