概念

多态在代码中指的就是“一个接口，多种实现”（相同的调用方法有不同的实现方式），属于面向对象编程的核心概念。广义的多态包括静态多态和动态多态，其中静态多态指的是编译时就可以确认使用的接口，动态多态指的是运行时才能确定具体引用的接口。

静态多态和动态多态本质上的区别在于什么时候（编译期间or运行期间）将函数实现与函数调用关联起来。静态多态在编译期间就可以确定函数的调用地址并产生对应代码，动态多态在运行时才能确定函数的调用地址。

image.png

实例

1. 静态多态

静态多态往往通过函数重载和泛型编程（模板）实现：

#include <iostream>

// int型的加法函数
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// double型的加法函数
double add(double a, double b) {
    return a + b;
}

// 函数模板的加法函数
template <typename T> T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

int main() {
    std::cout << add(1, 1) << std::endl;            // 调用int型的加法函数
    std::cout << add(1.2, 3.4) << std::endl;        // 调用double型的加法函数
    std::cout << add<char>('A', ' ') << std::endl;  // 调用函数模板的加法函数, 输出小写字母a
}

编译输出：

$g++ -o main main.cpp
$./main 
2
4.6
a

2. 动态多态

动态多态最常见的方法就是使用基类的指针（或引用）调用一个虚函数：

#include <iostream>

// 基类
class Base {
 public:
    virtual std::string foo() {
        return "Base::foo()";
    }
};

// 派生类
class Derived : public Base {
 public:
    std::string foo() override {
        return  "Derived::foo()";
    }
};

int main() {
    // pb静态类型为Base*, 动态类型Derived*
    Base *pb = new Derived;
    std::cout << pb->foo() << std::endl;

    // rb静态类型为Base&, 动态类型为Derived&
    Base &rb = *(new Derived);
    std::cout << rb.foo() << std::endl;
}

编译输出：

# override使用到了C++11新特性, 加上编译参数-std=c++11
$g++ -o main -std=c++11 main.cpp
$./main 
Derived::foo()
Derived::foo()

使用多态的原因

面向对象编程中封装可以使得代码模块化，继承可以扩展已存在的代码，这两者的本质都是为了代码重用。而多态的目的在于接口重用。静态多态可以根据传入不同的参数（不同参数个数或者不同参数类型）调用不同的实现，动态多态可以用相同的代码处理基类和派生类对象，运行时再根据基类的引用（或指针）所绑定对象的真实类型来调用不同的实现。

和封装继承一样，多态不仅可以改善代码的组织结构和可读性，还可以让程序更加具有可扩展性。