多态

多态(Polymorphism)

多态（Polymorphism）是面向对象编程中的一个核心概念，它指的是同一种类型的对象在不同的情况下表现出不同的行为。以下是对多态概念的详细解释：

一、多态的定义

• 基本定义：多态通俗来说就是多种形态，具体表现为去完成某个行为时，当不同的对象去完成时会产生出不同的状态。在编程语言和类型论中，多态指为不同数据类型的实体提供统一的接口。
• 专业解释：多态类型（Polymorphic Type）可以将自身所支持的操作套用到其它类型的值上。在程序运行时，相同的消息可能会发送给多个不同的类别之对象，而系统可依据对象所属类别，引发对应类别的方法，从而产生不同的行为。

二、多态的分类

多态可分为多种类型，主要包括：

• 变量多态：基类型的变量（如C++中的引用或指针）可以被赋值基类型对象，也可以被赋值派生类型的对象。
• 函数多态：相同的函数调用界面（函数名与实参表），传送给一个对象变量时，可以有不同的行为，这取决于该对象变量所指向的对象类型。
• 动态多态：通过类继承机制和虚函数机制生效于运行期，可以优雅地处理异质对象集合。
• 静态多态：基于模板的多态，处理于编译期而非运行期，如C++中的模板和函数重载。

三、多态的实现

多态的实现通常依赖于继承和方法重写（Override）的特性：

• 继承：子类继承自父类，从而获得父类的属性和方法。
• 方法重写：子类可以重写父类中的方法，使得在调用该方法时，根据对象的实际类型（即子类类型）来执行相应的实现。

四、多态的优点

• 提高代码的可扩展性：通过多态，可以在不修改现有代码的情况下，添加新的子类并实现相同的方法，从而扩展系统的功能。
• 提高代码的复用性：使用父类引用可以操作多种类型的子类对象，减少了代码的重复编写。
• 提高代码的可维护性：多态使得系统更加灵活，易于维护和修改。

五、多态的示例

假设有一个动物（Animal）类，以及由动物类继承而来的鸡（Chicken）类和狗（Dog）类。每个类都有一个“叫（）”的方法，但具体实现不同：鸡类实现为“啼叫（）”，狗类实现为“吠叫（）”。这就是多态的一个典型示例，即相同的消息（调用“叫”方法）发送给不同的对象（鸡或狗），会产生不同的行为（啼叫或吠叫）。

六、总结

多态是面向对象编程中一个非常重要的概念，它允许使用统一的接口来操作不同类型的对象，并根据对象的实际类型来执行相应的操作。通过多态，可以提高代码的可扩展性、复用性和可维护性，使得系统更加灵活和易于管理。

七.多态的机制原理

1.动态绑定(晚期绑定)

多态的实现依赖于动态绑定（也称为晚期绑定）。在编译时，编译器无法确定将要调用哪个类的方法，因为具体的对象类型是在运行时确定的。因此，编译器会生成一种特殊的代码，这种代码能够在运行时确定对象的实际类型，并调用相应的方法。

2.虚函数表(vtable)

在C++等语言中，多态的实现通常依赖于虚函数表（vtable）。当一个类包含虚函数时，编译器会为该类创建一个虚函数表，表中存储了该类所有虚函数的地址。每个类的对象都会包含一个指向其所属类虚函数表的指针（vptr）。当通过基类类型的引用或指针调用虚函数时，程序会根据该引用或指针所指向对象的vptr找到对应的虚函数表，并从表中获取要调用的虚函数的地址，然后执行该函数。

多态的机制原理主要涉及到继承、方法重写和动态绑定等方面。通过继承，子类获得了父类的属性和方法；通过方法重写，子类可以提供与父类方法不同的实现；通过动态绑定和虚函数表，程序能够在运行时确定对象的实际类型，并调用相应的方法。这些机制共同构成了多态的基础，使得面向对象编程更加灵活和强大。