1、多态的概念及前提条件
在C++程序中，程序的每一个函数在内存中会被分配一段存储空间，而被分配的存储空间的起始地址则为函数的入口地址。例如我们在设计一个程序时都必须为程序设计一个主函数，主函数同样会在内存中被分配一段存储空间，这段存储空间的起始地址即为函数的入口地址。
在前面的所有列举的程序中，函数的入口地址与函数名是在编译时进行绑定的，我们称之为编译期绑定（mine：所有的空间分配应该都是在编译的时候分配的），而多态的功能则是将函数名动态绑定到函数入口地址，这样的动态绑定过程称为运行期绑定，换句话来说就是函数名与函数入口地址在程序编译时无法绑定到一起，只有等运行的时候才确定函数名与哪一个函数入口绑定到一起。
那么多态到底有什么用处呢？我们不妨来看个例子。在windows操作系统中，我们经常会进行一些关闭操作，比如关闭文件夹、关闭文本文件、关闭播放器窗口等，这些关闭动作对应的函数close假设都继承自同一个基类，但是每一个类都需要有自己的一些特殊功能，比如清理背景、清除缓存等工作，如此一来当我们执行close函数时，我们当然希望根据当前所操作的窗口类型来决定该执行哪一个close函数，因此运行期绑定就可以派上用场了。
编译期绑定是指在程序编译时就将函数名与函数入口地址绑定到一起，运行期绑定是指在程序运行时才将函数名与函数入口地址绑定到一起，而在运行期绑定的函数我们称其是多态的。
为了说明虚函数的必要性，我们先来看一个示例程序。
例1：
这个例子非常简单，两个类，一个是base类，一个是derived类，二者构成继承关系，同时在这两个类中均含有一个display函数，因为函数同名，故在派生类对象中会出现遮蔽现象，即派生类中的display函数会遮蔽基类中的display函数。
在主函数中，定义了一个基类类型的指针p和派生类对象test，之后p指针指向派生类对象test，然后通过指针调用display函数。此程序最终运行结果如下：
I’m base class!
从结果来看这个程序最终调用的display函数是基类的display函数，而非派生类中的display函数。但此程序的本意是先通过基类类型的指针根据所指向对象的类型来自动决定调用基类还是派生类的display函数。为了实现这样的一种功能，C++提供了多态这一机制。
要想形成多态必须具备以下三个条件：
1）必须存在继承关系；
2）继承关系中必须有同名的虚函数（函数签名也要一样的吧）；
3）存在基类类型的指针或引用，通过该指针或引用调用虚函数。
根据这三个条件，我们将例1进行修改，使display函数具有多态特性。修改后程序如例2 所示。
例2：
例2所示程序相对于例1只是在display函数前各添加了一个virtual关键字。我们对照三个多态的构成条件来分析一下，多态首先需要继承关系，derived类继承自base类，因此base类和derived类构成继承关系；其次多态需要同名的虚函数，base类和derived类中都有display函数，同名满足，同时通过添加关键字virtual后，display函数成为虚函数；最后多态需要通过基类类型的指针或引用来调用虚函数，在例2中的主函数中，p即为基类类型指针，并且将该指针指向派生类对象，然后调用display函数。这段程序最终运行结果如下：
I’m derived class!
例2这个程序展示出来的就是多态，display函数通过virtual关键字声明为虚函数，具有多态特性。我们将例2中的主函数修改成以下形式再来分析一下函数运行结果。
在这个主函数中同样是声明一个基类类型的指针，之后通过new给指针分配一个基类对象，通过p指针调用display函数，此时不用说肯定是输出“I’m base class!”，因为这中间一直没有涉及到派生类的事情。之后销毁之前new分配的base对象，然后通过new分配一个derived类对象，p指向该派生类对象，通过p指针调用display函数，此时的情况和例2是完全相同的，因此输出“I’m derived class!”，之后再delete销毁派生类对象。修改主函数之后程序输出结果如下：
I’m base class!
I’m derived class!
这样的输出结果与我们的分析结果是一致的。
2、虚成员函数
在上一节中已经提到了虚函数的声明方法了，就是在函数返回类型前加上virtual关键字。virtual关键字仅用于函数声明，如果函数是在类外定义，则不需要再加上virtual关键字了，在C++中只有类中的成员函数能被声明为虚函数，而对于顶层函数则不能声明为虚函数，原因很简单，声明虚函数是为了构成多态，而构成多态的第一个条件就是需要继承关系，顶层函数很明显是不具有继承关系的，因此也就不能被声明为虚函数了。
例1：
在本例中，我们将两个类中的display函数在类内部声明，类外部定义，当然这么修改并不会改变程序的运行结果。在本例中我们需要注意的是在类内声明时display函数通过在返回类型前添加了virtual关键字而被声明为了虚函数，而在类外定义时，display函数的返回类型前并未添加virtual关键字。
另外在例1中，我们在基类和派生类中的display函数声明时都加上了virtual关键字，以表示将其声明为虚函数，而实际上这是不需要的，我们只需要将基类中的display函数通过virtual关键字声明为虚函数，之后即使在派生类中display函数声明时未加上virtual关键字，但它在所有的派生类中都将自动成为虚函数。
例2：
在本例中，我们将例1中派生类的display成员函数声明时所用的virtual关键字去掉，编译并运行程序，结果显示程序运行结果仍然保持不变。
和普通的成员函数一样，虚成员函数同样可以被继承。
例3：
在本例中，派生类derived中无新增的成员变量或成员函数，它是base类的派生类。我们直接来看主函数。在主函数中依然是定义一个base类类型的指针，然后先后指向基类和派生类的对象。在此例中，因为派生类中并不存在与基类hello函数具有相同函数名的虚函数（继承过来的hello函数与基类中的hello函数并未构成遮蔽关系），因此并未构成多态，自始至终都是调用的都是基类的hello函数。之后又定义了一个派生类对象d，这个对象调用hello函数，当然则个hello同样是继承自基类base中的hello函数了。从这个程序很明显可以看出虚函数是具有继承特性的，这一点它与普通函数一般无二。
3、虚成员函数表vtable
通过前两节的介绍，想必对多态有一定的了解了。这一节将介绍多态是如何实现的，关于如何实现多态，对于程序设计人员来说即使不知道也是完全没有关系的，但是对于加深对多态的理解具有重要意义，故而在此节中稍微阐述一下多态的实现机制。
在C++中通过虚成员函数表vtable实现多态，虚函数表中存储的是类中虚函数的入口地址。在普通的类中是没有虚函数表的，只有在具有虚函数的类中（无论是自身添加的虚函数还是继承过来的虚函数）才会具有虚函数表，通常虚成员函数表的首地址将会被存入对象的最前面（在32位的操作系统中，存储地址是用4个字节，因此这个首地址就会占用对象的前四个字节的空间）。
例1：
我们将两个类定义成例1所示形式，两个类中各有两个虚函数v1和v2，我们将其函数入口地址找到列于下表中：
虚函数表里面存储的就是虚函数的入口地址。我们再来看主函数，在主函数中先定义了base类对象b，因为b类中有虚函数，因此存在虚函数表，而虚函数表的首地址就存储在对象所在存储空间的最前，具体情况可以见下图。当然声明derived对象d之后，情况也跟下图中一样，同样在对象存储空间中包含虚成员函数表地址。
之后定义了一个基类类型的指针p，当我们通过基类指针p调用虚函数v1或v2时，系统会先去p所指向的对象的前四个字节中寻找到虚函数表地址，之后在内存中找到该虚函数表，然后在表中找到对应函数的入口地址，之后直接访问这个函数了。当p指针指向的是基类对象时，基类的虚函数表将会被访问，基类中虚函数将会被调用。当p指针指向的是派生类对象，则访问的是派生类的虚函数表，派生类的虚函数表中存的是派生类中的虚函数入口地址，因此调用的是派生类中的虚函数。
使用多态会降低程序运行效率，使用多态的程序会使用更多的存储空间，存储虚函数表等内容，而且在调用函数时需要去虚函数表中查询函数入口地址，这会增加程序运行时间。在设计程序时，程序设计人员可以选择性的使用多态，对于有需要的函数使用多态，对于其它的函数则不要采用多态。通常情况下，如果一个类需要作为基类，并且期望在派生类中修改某成员函数的功能，并且在使用类对象的时候会采用指针或引用的形式访问该函数，则将该函数声明为虚函数。
4、虚析构函数
在类中，构造函数用于初始化对象及相关操作，构造函数是不能声明为虚函数的，因为在执行构造函数前对象尚未完成创建，虚函数表尚不存在，此时就无法去查询虚函数表，因此也就无法得知该调用哪一个构造函数了。
析构函数则用于销毁对象时完成相应的资源释放工作，析构函数可以被声明为虚函数。我们先通过一个例子来说明析构函数声明为虚函数的必要性。
例1：
在本类中定义了两个类，一个基类，一个派生类，派生类和基类中都分别定义了自己的构造函数和析构函数。基类和派生类中各有一个int型指针成员变量，在基类的构造函数中，给指针变量a分配了10个int型空间，在基类的析构函数则用于将是将a所指向的空间释放掉，在派生类的构造函数中，指针成员变量被分配了1000个整型空间，派生类的析构函数则是为了释放掉b指针所指向的存储空间。在主函数中，我们创建一个基类类型的指针，指针指向一个派生类对象，之后释放p指针所指向的对象的存储空间。最后程序运行结果如下：
base constructor!
derived constructor!
base destructor!
观察程序运行结果，程序打印出了“base constructor!”这串字符，则说明基类的构造函数被调用了，之后又打印出了“derived constructor!”这串字符，同样地派生类的构造函数也被调用了。当我们用new操作符创建一个派生类对象时会先调用基类构造函数，然后再调用派生类构造函数，程序输出结果与我们料想的是一致的。至此基类的成员变量a通过构造函数被分配了10个整型存储空间，派生类的成员变量b通过构造函数被分配了1000个整型存储空间。之后程序打印出了“base destructor!”字符串，这说明基类的析构函数被调用了，a指针所指向的10个整型内存空间被释放了。但是之后却并未调用派生类的析构函数，不调用派生类的析构函数则会导致b指针所指向的1000个整型存储空间不会被释放，如此一来造成了内存泄露了。内存泄露问题肯定是我们程序设计人员需要极力避免的。本例中出现的问题就是因为派生类的析构函数未被调用，为了解决这个问题，我们将基类的析构函数声明为虚函数，修改后基类的定义如下：
将基类的析构函数声明为虚函数之后，派生类的析构函数也自动成为虚析构函数，在主函数中基类指针p指向的是派生类对象，当delete释放p指针所指向的存储空间时，会执行派生类的析构函数，派生类的析构函数执行完之后会紧接着执行基类的析构函数，以释放从基类继承过来的成员变量所消耗的资源。如此一来就不会存在内存泄漏问题了。
从此例中我们很明显可以看出析构函数声明为虚函数的必要性，但是如果不管三七二十一的将所有的基类的析构函数都声明为虚函数，这也是不合适的。通常来说，如果基类中存在一个指向动态分配内存的成员变量，并且基类的析构函数中定义了释放该动态分配内存的代码，则应该将基类的析构函数声明为虚函数。
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