多态及其内部原理剖析

多态是面向对象编程三大特性之一，通过多态我们可以大大增强代码的复用性，也会使代码整体更紧凑简洁；
多态可以分为静态多态和动态多态两类，

静态多态就比如函数重载或者运算符重载；
动态多态则是派生类和虚函数实现的运行时的多态；（地址软绑定

它们就是因为在函数地址绑定时机不同所以有所区分
动态：运行时确定函数地址；
静态：编译时确定函数地址；

实现多态需要满足两个条件：
1、有继承关系
2、子类重写父类中的虚函数（重写：函数返回值类型函数名参数列表完全一致称为重写）
有了这些，我们就可以使用多态了，使用多态同样需要满足一个条件：
⚠️父类指针或引用指向子类对象

举个例子：
先定义一个父类对象，

class Father {public:virtual void eyes() {cout << "双眼皮" << endl;}
};

virtual声明的函数会变成一个虚函数，这个就是父类中的虚函数，接下来我们声明两个子类,

class Son1 : public Father {public:void eyes() {cout<< "单眼皮" << endl;}
};
class Son2 : public Father {public:void eyes() {cout<< "单双眼皮" << endl;}
};

这里我们声明了两个子类对象，都以公共继承的方式继承了父类的对象，并且都重写了父类中的eyes()函数，这时我们写一个测试函数并在主函数中调用，

void text(Father &v) {v.eyes();
}
int main () {Son1 s1;text(s1);// Father &v = s1Son2 s2;text(s2);// Father &v = s2return 0;
}

输出结果会是：

单眼皮
单双眼皮

在调用过程中父类的引用指向了子类的对象，因为父类的eyes是虚函数且子类重写了该函数，所以该引用就会走子类的eyes，这就是多态的实现；
那么多态的底层原理又是什么呢？
还是刚才的父类，如果我们不加virtual，并计算一下这个父类对象到底占多少空间，我们重写一下代码

class Father {public:void eyes() {cout << "双眼皮" << endl;}
};void text01() {cout << "sizeof Father = " << sizeof(Father) <<endl;}

如果我们在主函数调用text01，输出为：sizeof Father = 1，即此时的Father只占用一个字节的空间（成员函数eyes不属于类的对象，它们分开存储，所以相当于一个空类占用了1一个字节），
那么加上virtual后呢，当我们加上virtual后再运行就会发现输出变成了：
sizeof Father = 4，这就说明了加上virtual后该类的内容就发生了改变，什么东西占四个字节？整形？单精度浮点型？都不大可能，当然还有一个东西占四个字节，那就是指针，指针始终占四个字节；这里就是一个指针，但是这又是什么类型的指针呢？
⚠️这个指针叫做：vfptr

v：virtual
f：function
ptr： pointer

直译过来就是：虚函数（表）指针
回到代码，此时的Father类的内部就会生成一个vfptr，它会指向一个虚函数表，即⚠️vftable，
那么vftable又是什么？
vftable内部会记录虚函数的地址，在这个Fathe类中，虚函数表中记录的地址就是：
&Father :: eyes() 意思就是Fathe作用域下的函数eyes()的地址；

⚠️那么子类Son1继承后又是怎样的呢？
如果Son1只单纯的继承Father，并不重写eyes函数，那么它就会把父类中的所有东西继承过来，包括父类中的vfptr和vftable，这时继承过来的的vftable内部依然是
&Father :: eyes()
但是若子类Son1重写了eyes函数，这时子类就会把虚函数表中的内容进行一个覆盖操作，此时的子类中的虚函数表内部会替换为子类的虚函数地址，即在这里子类内部就会发生：
&Father :: eyes() 变成 &Son1 :: eyes() ，即 &Father :: eyes() 就被 &Son1 :: eyes() 给覆盖了，这时子类Son1的虚函数表中就只有 &Son1 :: eyes() 了（Son1的eyes函数地址）；
但是父类Father中的虚函数表并没有被覆盖，依然是 &Father :: eyes()

⚠️在发生多态时，当父类的指针或者引用指向子类对象时，例如：

Son1 s1；
Father &father = s1；

当father调用eyes()函数的时候，因为此时的虚函数指针指向的是一个Son1对象，它就会去Son1的虚函数表中找这个eyes函数，这就是在运行阶段发生了动态多态。

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