C++八股之函数重载与重写-静态多态与动态多态

重载：是指在同一作用域中允许存在多个同名函数，⽽这些函数的参数表不同（或许参数个数不同，或许参数类型不同，或许两者都不同）。重载与类无关，重载实现编译时多态，属于静态绑定。
重写：指⼦类新定义⽗类的函数的做法。如果重写的函数在父类中是虚函数，那么能够实现动态多态。
如果在父类中没有将函数声明为虚函数，子类仍然可以重写（覆盖）父类的函数，但是在运行时将无法实现多态性，即无法通过父类指针或引用调用子类的函数。

什么叫运行时多态？父类指针或引用可以指向子类对象，并且如果父类中定义的虚函数被派生类重写，那么通过该指针或引用使用该函数时调用的是子类中重写后的函数。注意，必须通过虚函数才能实现动态多态。虚函数定义使用virtual关键字

class Base {
public:
    virtual void print() {
        cout << "Base class" << endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void print() override {
        cout << "Derived class" << endl;
    }
};

int main() {
    Base* basePtr = new Derived();
    basePtr->print();  // 输出 "Derived class"
    delete basePtr;
    return 0;
}

上述代码中使用virtual关键字是定义基类中的函数为虚函数，在子类中进行重写。重写虚函数时override关键字不是必须的，但是建议写上，这是一个良好的习惯。override关键字提供编译器级别的检查，若重载的不是虚函数同时又使用了override关键字，那么会抛出错误异常。

纯虚函数和虚函数的区别
纯虚函数（Pure Virtual Functions）是在基类中声明的没有实际实现的虚函数，它只是为了让派生类去实现。基类中包含纯虚函数的类被称为抽象类（Abstract Class），抽象类不能被实例化，只能作为接口使用。为了将函数声明为纯虚函数，需要在基类中使用关键字virtual，并将函数定义为纯虚函数，即在函数声明的末尾加上= 0。

class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;  // 纯虚函数
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() {
        cout << "Drawing a circle." << endl;
    }
};

int main() {
    // Shape shape;  // 错误，抽象类不能被实例化
    Shape* shapePtr = new Circle();
    shapePtr->draw();  // 输出 "Drawing a circle."
    delete shapePtr;
    return 0;
}

在一个类中可以同时定义纯虚函数和虚函数，被称为混合类。在包含纯虚函数的类中，该类仍然是一个抽象类，无法直接实例化。必须在派生类中对纯虚函数进行实现，才能实例化派生类对象。

class Base {
public:
    virtual void virtualFunction() {
        cout << "Virtual function" << endl;
    }
    
    virtual void pureVirtualFunction() = 0;  // 纯虚函数
};

class Derived : public Base {
public:
    void virtualFunction() {
        cout << "Derived class's virtual function" << endl;
    }
    
    void pureVirtualFunction() {
        cout << "Derived class's implementation of pure virtual function" << endl;
    }
};

int main() {
    Base* basePtr = new Derived();
    basePtr->virtualFunction();       // 输出 "Derived class's virtual function"
    basePtr->pureVirtualFunction();   // 输出 "Derived class's implementation of pure virtual function"
    delete basePtr;
    return 0;
}

虚函数实现动态多态在编译器上如何实现
在编译器上，虚函数的实现主要涉及两个关键概念：虚函数表（vtable）和虚函数指针（vptr）。

虚函数表（vtable）：

对于包含虚函数的类，在编译过程中，编译器会为该类生成一个虚函数表（vtable）。虚函数表是一个存储函数指针的数据结构，每个虚函数在表中都有一个对应的函数指针。虚函数表位于类的内存布局中，通常是以静态数据成员的形式存在于类的头部。虚函数表是针对类层次结构中的每个类生成的，每个类都有自己的虚函数表。

虚函数指针（vptr）：

对于每个包含虚函数的类的对象，在内存中都会被分配一个额外的隐藏成员，称为虚函数指针（vptr）。如果子类继承的父类中包含虚函数，那么子类从逻辑上也包含虚函数，因此子类的对象也会有一个虚函数指针
虚函数指针是一个指向虚函数表的指针，它指向与对象所属的类对应的虚函数表。虚函数指针位于对象的内存布局中，通常是作为对象的第一个或前几个字节。通过虚函数指针，程序能够在运行时动态地确定调用哪个虚函数。

实现动态多态的过程如下：

• 当使用基类指针或引用指向派生类对象时，编译器会根据指针或引用的静态类型（即基类类型）来访问虚函数。
• 在运行时，通过虚函数指针（vptr）找到对象所属的虚函数表。
• 通过虚函数表中的函数指针，确定要调用的虚函数的地址。
  最终，运行时会调用正确的派生类函数，实现多态性。

派生类如何继承和修改基类的虚函数表
派生类会继承并修改基类的虚函数表。
当一个派生类继承自一个基类时，它会继承基类的虚函数表。继承的过程中，派生类会保留基类的虚函数表，并在其后添加自己新增的虚函数的地址。如果派生类重写（覆盖）了基类的虚函数，它会将自己的虚函数的地址替换掉基类虚函数表中相应位置的地址。这样，通过派生类对象的虚函数指针，就可以调用派生类自己的虚函数。如果派生类新增了虚函数，它会将新增虚函数的地址添加到自己的虚函数表的末尾。这样，通过派生类对象的虚函数指针，就可以调用新增的虚函数。需要注意的是，派生类的虚函数表与基类的虚函数表是相互独立的，它们有不同的内存空间。派生类的虚函数表会继承基类的虚函数表，并在其基础上进行修改或扩展。

理解多态的关键在于virtual关键字，还是有很多深入讨论的内容，后续继续补充