C++ 多态是面向对象编程的一个核心概念，它允许对象以多种形态存在，并使得一个接口可以对不同类型的对象实现不同的行为。在 C++ 中，多态主要通过继承和虚函数实现。这里是对 C++ 多态的全面解析：

1. 基本概念

多态性在 C++ 中通常分为两类：

• 编译时多态（静态多态）: 通过模板和函数重载实现，在编译时决定函数调用。
• 运行时多态（动态多态）: 通过基类指针或引用调用派生类对象的函数，在运行时决定具体调用哪个函数。

2. 编译时多态

2.1 函数重载

同名函数可以有不同的参数，编译器根据参数列表选择合适的函数调用。

#include <iostream>  
void print(int a) {  
    std::cout << "Integer: " << a << std::endl;  
}  
void print(double a) {  
    std::cout << "Double: " << a << std::endl;  
}  
int main() {  
    print(1);    // 调用 print(int)  
    print(1.5);  // 调用 print(double)  
    return 0;  
}  

2.2 模板

模板允许在编译时生成函数或类的多个版本。

#include <iostream>  
template <typename T>  
void print(T a) {  
    std::cout << "Template value: " << a << std::endl;  
}  
int main() {  
    print(1);    // 实例化为 print(int)  
    print(1.5);  // 实例化为 print(double)  
    return 0;  
}  

3. 运行时多态

运行时多态通过继承和虚函数实现，它依赖于对象的实际类型（通常是基类的指针或引用指向派生类对象）。

3.1 虚函数

定义虚函数使用 virtual 关键字。基类的虚函数可以在派生类中被重写。

#include <iostream>  
class Base {  
public:  
    virtual void show() {  
        std::cout << "Base class show function called." << std::endl;  
    }  
    virtual ~Base() {}  // 虚析构函数  
};  
class Derived : public Base {  
public:  
    void show() override {  
        std::cout << "Derived class show function called." << std::endl;  
    }  
};  
int main() {  
    Base* b = new Derived();  
    b->show();  // 调用 Derived 类中的 show() 方法  
    delete b;  
    return 0;  
}  

3.2 纯虚函数和抽象类

一个类如果有纯虚函数（virtual void func() = 0;），那么它就是抽象类，不能实例化。

#include <iostream>  
class AbstractBase {  
public:  
    virtual void pureVirtualFunction() = 0; // 纯虚函数  
};  
class ConcreteDerived : public AbstractBase {  
public:  
    void pureVirtualFunction() override {  
        std::cout << "ConcreteDerived implements pureVirtualFunction." << std::endl;  
    }  
};  
int main() {  
    ConcreteDerived obj;  
    obj.pureVirtualFunction();  
    return 0;  
}  

4. 虚函数表（V-Table）

在实现运行时多态时，编译器为每个类维护一个虚函数表（V-Table），其中存储着类的虚函数的地址。当通过基类指针或引用调用虚函数时，程序在运行时使用虚函数表来确定哪个函数被调用。

5. 使用注意事项

• 虚析构函数: 如果要通过基类指针删除派生类对象，应确保基类中有虚析构函数，以正确释放资源。
• 性能开销: 虚函数引入了一定的运行时开销，因为函数调用需要一次间接查找。
• 避免对象切片: 使用指针或引用来避免对象切片，这样可以确保多态的正确行为。

总结

C++ 多态是一个强大而复杂的特性，它允许程序根据对象的实际类型来调用不同的函数实现。理解多态对于编写灵活、可扩展的代码至关重要，但也需小心其带来的复杂性和性能影响。