多态的概念及C++例子

关于多态，之前整理的什么是面向对象？这篇文章有说到：

多态按字面的意思就是多种形态。当类之间存在层次结构，并且类之间是通过继承关联时，就会用到多态。多态意味着调用成员函数时，会根据调用函数的对象的类型来执行不同的函数。比如关于多态的C++的例子（该C++代码来自菜鸟教程）：

#include  
using namespace std;

// 基类  
class Shape 
{
   protected:
      int width, height;
   public:
      Shape( int a=0, int b=0)
      {
         width = a;
         height = b;
      }
      virtual int area()
      {
         cout << "Parent class area" <area();
 
   // 存储三角形的地址
   shape = &tri;
   // 调用三角形的求面积函数 area
   shape->area();
   
   return 0;
}

编译、运行结果为：

代码中用到了一个关键字：virtual，这是C++的关键字。基类中用virtual关键字修饰的函数叫做虚函数。这虚函数有点像弱定义的感觉，先定义一个弱的/虚的函数，其它地方再定义同名的真的函数，实际用的是真的函数。

该例中，在派生类中重新定义基类中定义的虚函数area时，会告诉编译器不要静态链接到该函数，而是根据所调用的对象类型来选择调用真正的函数。

假如这个例子中不使用virtual来修饰基类中的area函数，则上例输出结果则为：

显然，如果没有virtual来修饰的话，用到的都是基类中的area。

本篇笔记我们还需要知道一个知识：虚函数表。具体介绍如（图片来自百度百科）：

本篇笔记关于C++相关知识的就不再拓展，感兴趣的朋友可自行查资料进行学习。下面来看看C语言中怎么来实现上诉的例子：

C语言多态实例分析

这一节我们用C语言来实现上述例子的功能。下面看具体实现：

1、虚函数表

首先，我们可以使用函数指针来模拟C++的虚函数表：

/* 模拟C++的虚函数表 */
typedef struct _Ops
{
    int (*area)(void);
}Ops;

2、基类Shape：

/* 基类 */  
typedef struct _Shape 
{
    Ops ops;
    int width;
    int height;
}Shape;

3、派生类Rectangle、Triangle

/* 派生类Rectangle */
typedef struct _Rectangle
{
    Shape shape;
    char rectangle_name[20];
}Rectangle;
​
/* 派生类Triangle */
typedef struct _Triangle
{
    Shape shape;
    char triangle_name[20];
}Triangle;

4、两个派生类对应的area函数

/* Rectangle的area函数 */
int rectangle_area(void)
{
    printf("Rectangle class area
");
}
​
/* Triangle的area函数 */
int triangle_area(void)
{
    printf("Triangle class area
");
}

5、主函数/测试函数

/* 主函数 */
int main(void)
{
    Rectangle rectangle;
    memset(&rectangle, 0, sizeof(Rectangle));
    rectangle.shape.ops.area = rectangle_area; /* 与自己的area函数做绑定 */
​
    Triangle triangle;
    memset(&triangle, 0, sizeof(Triangle));
    triangle.shape.ops.area = triangle_area; /* 与自己的area函数做绑定 */
​
    Shape *shape;
​
    shape = (Shape*)&rectangle;
    shape->ops.area();
​
    shape = (Shape*)▵
    shape->ops.area();
    
    return 0;
}

编译、运行结果为：

与C++例子中得到的结果是一样的。即父类指针shape来操作两个子类时，使用相同的接口时调用了不同的函数：

以上实现了简单的多态的功能。

这个例子中我们的操作函数（虚函数）只有一个，即area函数。假如有多个操作函数，我们可以再建个结构体变量（函数表）把这些函数再包一层，这样会更清晰些。在这个例子中，有如下对应关系：

因为这里只有一个操作函数，所以就没有建立一个函数表来包装一层了。我们可以再加一个函数表，如：

有多个函数的话，就更有必要构建一个函数表了：

这种方式是不是很熟悉了？如在通俗易懂，嵌入式Linux驱动基础就是这样的套路：

Linux内核给我们提供一个文件操作的结构体模板，我们需要用到什么依次实现、依次填充函数表，这样就很清晰。

除此之外，这里的给结构体初始化的方式使用如下这种方式：

可能有些朋友没用过这种初始化结构体的方式。这里就顺便提一下，这时使用指定初始化器（designated initializer）的方式。