【C++】動態(tài)多態(tài)-創(chuàng)新互聯(lián)

多態(tài)【Polymorphism】是面向對象程序設計的一個重要特性，即一個接口，多種實現(xiàn)方式。

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在C++中，多態(tài)體現(xiàn)為兩個方面，一個是編譯時多態(tài)，一個是運行時多態(tài)。編譯時多態(tài)是靜態(tài)多態(tài)，運行時時動態(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)的標識，不想C，只是將函數(shù)名作為標識。那么就存在最佳匹配問題。

運行時多態(tài)主要指【虛函數(shù)】

虛函數(shù)：
在基類聲明一個虛函數(shù)，在子類中進行重寫?；惖囊没蛘咧羔樖侵赶蚺缮惖膶ο蟮?，基類調用該函數(shù)時，自動指向派生類的函數(shù)，這就是動態(tài)多態(tài)。

注意：如果不聲明一個虛函數(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。

具體實現(xiàn)
每個有虛函數(shù)的類都會有一個虛函數(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)的類的實例都會在內存中保存一個虛函數(shù)表，當調用虛函數(shù)的時候，從虛函數(shù)表中查找對應的需要調用的函數(shù)地址。

編譯器會為每個存在虛函數(shù)的類對象插入一個vtpr(virtul function pointer)，該vptr指向存放了虛函數(shù)地址的虛函數(shù)表vtbl，這樣對象在調用虛函數(shù)的時候，第一步會先根據(jù)vptr找到vbtl，然后根據(jù)該虛函數(shù)在vbtl中的索引來進行調用，這樣就實現(xiàn)了運行時多態(tài)功能。

大部分編譯器的實現(xiàn)，都是將vptr放在對象的首位，所以我們可以通過這個特點來直接調用虛函數(shù)表中的函數(shù)。

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

對比普通成員函數(shù)和虛函數(shù)
在C++中，允許對函數(shù)進行重載，那么就需要對函數(shù)進行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(這個規(guī)則以筆者使用的gcc為例)：

編碼后的符號由_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度、命名空間名字、類名字長度、類名、成員函數(shù)名稱、函數(shù)名稱
如果有作用域符，則以E結尾
最后加上函數(shù)形參符號，void是v，int是i，char是c，P代表指針，有幾個形參就寫幾個符號

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。

而對于成員函數(shù)，會將其轉化成對應的非成員函數(shù)：
#1 安插一個額外的參數(shù)，const class *this 進入成員函數(shù)
#2 將成員函數(shù)進行mangling 處理，轉換成獨一無二的函數(shù)名
最終會被轉化成一個普通的函數(shù)。

而虛函數(shù)對比普通的成員函數(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，但是總可以找到對應對象的vtbl，就可以進行函數(shù)訪問。

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

variant是C++17引入的變體類型，它大的優(yōu)勢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的升級版，之所以稱之為升級版，是因為union有如下缺點：

對象并不知道它們現(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的升級版，那么union的缺點其肯定不存在的，在此我們整理了下variant的特點：

可以獲取當前類型
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

結合variant 和 visit 實現(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)缺點來進行分析，使用者可以根據(jù)其特點進行選擇，首先，總結下其優(yōu)點：

值語義，無需動態(tài)分配
不需要基類，類之間可以不相關
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來進行對應的調用，從而實現(xiàn)多態(tài)

看完了前面的內容，其缺點也相對來說比較明顯，如下：

需要在編譯時預先了解所有類型
浪費內存，因為std::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)，那么每個變體至少是 100 字節(jié)。因此，您可能會丟失 90 個字節(jié)
每個多態(tài)操作都需要實現(xiàn)一個對應的visit

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