參考書： C++ 程式設計與應用 (張耀仁 著 清蔚科技出版)  的筆記

前言

polymorphism(多型) 與 virtual function(虛擬函數) 的學習筆記。請注意筆記論述並不夠嚴謹，各位讀者務必小心。很多「動作」、「稱呼」都不夠正式、不夠嚴謹，只是根據自己的思考跟意象來描述。

因此請注意不要被這篇筆記弄混了，例如、下面第 3. 點我就還不確定那樣的動作可不可以稱為「呼叫」、「調用」，其實最好還是以原文為主….

---

0. 基本名詞

• Base Class = 基礎類別
• Derived Class = subclass = 衍生類別

1. cast

重新賦予某變數資料型態，例如：

int a;
float(a);
(double)a;

2. upcast

衍生類別內的物件，被賦予了基礎類別的資料型態 。例如、有一個基礎類別 BasedZero ，一個衍生類別 DerivedOne ：

DerivedOne  a,b; 
BasedZero *c = &a; 
BasedZero &d = b; 

3. Polymorphism 可以達成如下動作：

「在程式內呼叫基礎類別內的某函數，但最終卻能調用衍生類別內的同名函數。」

此外，不同衍生類別內可以存在同名函數，他們可以分別執行不同的事情，或是進行不同的動作。 對應到實際上來說，就好像是去作用到不同的實體對象上，譬如、去按下不同的電燈開關。

• 按電燈開關這個動作可以定義為一個基礎類別。 
• 按某一層樓的電燈開關可以定義為一個衍生類別。
• 我們可以宣告 「按下台北101 電燈開關」 ，是上述基礎類別的物件。
• 我們可以宣告「按下台北101 一樓電燈開關」  ，是上述衍生類別的物件。

4.大概過程

4.1 基礎類別Operate 裡，有著所有動作的基本定義，譬如、輕觸、滑動、按下、敲擊、撞擊、拳打腳踢 … 等等。

4.2 基礎類別Operate 內，其中有個基本動作是「按下開關」 ，我們訂此函數為  press()，並定義其為 virtual function (虛擬、虛構的函數，但不是不存在的意思)

4.3 衍生類別則有  SW_01、SW_02、SW_03 ，代表對三個不同開關的操作，例如：去按下開關一、開關二、開關三 。這三個開關，當然就是三個衍生類別內的資料成員。

三個衍生類別內都自訂了自己的 press ，會分別去按下開關一、開關二、開關三等三個不同的實體開關，如下：

/*  耍懶惰，省略所有建構解構函數，省略宣告資料成員 ~ :P  */
/* 在 .h 內宣告基礎類別 Operate ，內有 press ()  */
class Operate
{
  public:
  virtual void press() { 按下不特定開關; }
}

/* 在 .h 內宣告衍生類別 SW_01 ，內有 press ()  */
class SW_01 : public Operate
{
  public:
  void press(){ 按下實體開關一; }
}

4.4 main與主程式內

4.4.1 先宣告

/* 先宣告個基礎類別物件 */
Operate O1, O2;  
/* 宣告三個衍生類別物件 */
SW_01 s1;
SW_02 s2;
SW_03 s3; 

4.4.2 現在來制定實際上有某種功能的函數，例如 開燈、關燈：

TurnON(Operate &O1)
{
 O1.press;
}  
TurnOFF(Operate *O2) 
{
 O2->press; /* 或也可以寫 {(*O2).press;} */
} 

也就是在 TurnON 與 TurnOFF 內，調用基礎類別的 Press()

注意這裡只是為了示範，所以才分別把 TurnON  傳遞 O1 的 reference 、 TurnOFF  傳遞O2 的 address ，事實上自己撰寫時不必這麼花俏XD

4.4.3 最後 main 內這樣用：

TurnON (s1);
// 傳入函數後，雖然我們在上面 4.4.2 的 TurnON 函數內
// 寫的是基礎類別的 press
// 但是最後會改呼叫SW_01內的press，於是最後按下的是開關一
TurnON (s2); 
TurnON (s3); 

TurnOFF (s1); 
// 同樣的道理，最後是呼叫 SW_01 內的 press ，因此最終是按下開關一
TurnOFF (s2); 
TurnOFF (s3); 

若沒宣告virtual 那就是呼叫到基礎類別內的 press() ，也就是說，會去執行基礎類別內訂的 press ，而不會分別去按下三個開關 。 (也許就想做是只作個按開關的動作，卻沒真正的按下哪個開關)

---

5. 名詞

• redefinition(重訂)：衍生類別中，定義一個跟基礎類別相同名稱的函數，稱為 redefinition
• overidding(覆寫、覆蓋)：而如果重訂的對象是虛擬函數，那可稱為 overidding(
• object slicing(物件遭切割)：函數傳遞變數(基礎類別)的方式採用 by value 的話，會被切掉衍生類別的相關資料

6. VPTR

基礎類別中有虛擬函數時 編譯器會幫這些基礎類別衍生類別內的同名函數加上 VPTR 來識別 此指標也會稍微增加衍生類別的大小 +1

編譯器會幫這些基礎類別衍生類別內的同名函數加上 VPTR 來識別 此指標也會稍微增加衍生類別的大小 +1

7. VTABLE

編譯器還為每個類別加上一個VTABLE，VPTR指向VTABLE的開頭。 VTABLE 紀錄了基礎類別內被宣告為 virtual function 的城員函數。

• 基礎類別的 VTABLE 就是紀錄自己的成員函數。
• 衍生類別內，假如自己有overriding 基礎類別的virtual function ，那就會儲存衍生類別的成員函數的位址。
• 如果沒overidding，那就儲存基礎類別的成員函數的位址。
• 所以VPTR、VTABLE 就是幫助late binding(暫譯 晚點兒連結XD )的達成

---

8. pure virtual function (純虛擬函數)

基礎類別內這樣寫

virtual void rotate() = 0 ;

就是說，基礎類別內的虛擬函數並不打算真正的對應到真實動作，而基礎類別也可能不打算對應真實物件。

一個類別內，有純虛擬函數，就叫做抽象類別 abstract class，若所有虛擬函數都是純的，那就是純抽象類別。 抽象類別就不能拿來訂實體物件(instance)，編譯不會過，這可以防止抽象類別對應到實體。

9.

但既然把函數定義為： virtual void rotate()=0;  

上述的函數並沒有內容在其中。 那萬一我們既需要抽象類別，但卻又要有函數內容給大家共用，how to ???

嗯 … class 內依舊寫：

class 基礎類別{ 
virtual void rotate()=0; 
} 

並另外撰寫出函數的定義：

void Shape::rotate()
{ 
  /*實際內容*/
} 

然後各個衍生類別內，都應該重寫一下：

/* 衍生類別內 */
void rotate()
{
  Shape::rotate();
}

這樣就可以啦！

---

10.

或者也可以另外訂個新函數，使用基礎類別的參照來接收衍生類別的物件就可以了。

例如 這麼宣告：

衍生類別 D1;  /* 宣告衍生類別的物件 D1 */

MakeRot(D1);  /* 呼叫函數 傳遞 D1 為參數 */

這麼定義：

MakeRot(基礎類別 &B)  /*用 基礎類別的 reference 接收 D1*/
{ 
  B.Rotate();
} 

所以，若 pure virtual function 有定義，可衍生類別內虛擬函數沒有去覆蓋 (overide) 同名者，編譯器會出錯，除非你這麼寫：

void rotate() {Shape::rotate();}

---

11.

基礎類別內，如果成員函數有 overloading 的情形，那麼衍生類別內倘若重定義(redefinition)了其中一個，則另外一個overloading 的函數會失效。

如果這些是 virtual function ，即便同樣的有 overloading，並在衍生類別內有 overide。雖然一樣會有  name hidoing的狀況， 但是可以技巧性繞過，使用 upcast

例如、有一個基礎類別的物件，一個衍生類別的物件：

基礎類別  B1;

衍生類別  D1;

在基礎類別內，有個函數 CCC() ，而且此函數還有 overloading 的函數 CCC(int)

倘若我們在衍生類別內重訂函數 CCC()。 那麼， D1.CCC()  可以工作，但  D1.CCC(8)  不能工作。

可是若我們這樣宣告 (指標、參照)：

基礎類別  *B2 = &D1;

基礎類別  &B3 = D1;

那麼，下面這兩個做法：

B2->CCC(6);

B2.CCC(6); 

就都可以用，也就是 upcasr 技巧， 用基礎類別的宣告去賦予一個衍生類別物件的新資料型態。

12. 虛擬解構函數

建構時，還沒編排 VPTR VTABLE，所以不必在意。

但解構時必須把解構函數宣告成virtual function ，才能釋放 VPTR VTABLE

像這樣：    virtual ~base()

反正，基礎類別內有宣告虛擬，那你就把解構也虛擬，就可以了。否則記憶體可能會一直沒有釋放， memory leakage 洩漏到無法使用之處。