多態(tài)是面向?qū)ο笤O(shè)計中的無法避免的重要概念，有什么接地氣的解讀方法嗎？”
01
提出問題
多態(tài)可能是C++里面，最重要的設(shè)計技巧。用到了多種語法規(guī)則，例如：類型轉(zhuǎn)換、虛函數(shù)、繼承、函數(shù)重載等。如果不了解多態(tài)，可能C++語法倒背如流，都意義不大。今天，讓我們用CPU的視角，重新認識一下：多態(tài)。
02
代碼分析
打開Compiler Explorer，寫一個最簡單類A；再編寫一個最簡單的派生類B；先寫一個符合多態(tài)原則的函數(shù)func1，用基類指針變量 p 指向 派生類對象 b，如圖所示。
很合理，編譯也很順利。讓我們再寫一個違反多態(tài)原則的函數(shù)func2，也就是用派生類指針 p 指向 基類對象 a，如圖所示。
不出意外，因為不符合多態(tài)原則，編譯器報錯。為了通過編譯，我們強制轉(zhuǎn)換一下，如圖所示。
好了，編譯順利通過。而且，兩個函數(shù)的匯編指令也完全相同！其實，CPU對多態(tài)是無感的。在阿布看來，這個階段的多態(tài)，不過是一種合法的類型轉(zhuǎn)換而已。
其實，你也可以把派生類B，轉(zhuǎn)換成任何類型，這里，舉一個極端的例子。比如，我們寫個函數(shù)func3，作一個向 int 類型的轉(zhuǎn)換，如圖所示。
不僅編譯通過，匯編指令也跟函數(shù)func1、函數(shù)func2完全一致。
好了，回到正題。如果多態(tài)是一種合法的類型轉(zhuǎn)換的話；那么，什么是不合法的類型的轉(zhuǎn)換呢？
答案是：無論哪種類型轉(zhuǎn)換，都是不安全的！只要作類型轉(zhuǎn)換，編譯器往往會發(fā)出警告，唯獨給多態(tài)（派生類向基類作指針轉(zhuǎn)換）開了一個特例。
那這樣作，安全嗎？答案是：安全的，這要從類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說起（基于32位的CPU）讓我們先看看基類A的結(jié)構(gòu)，如圖所示。
起始的4個字節(jié)，分配給變量x；隨后的4個字節(jié)，分配給變量y。如果有虛函數(shù)的話，x，y同時上移4個字節(jié)，把起始的4個字節(jié)，留給隱藏變量V，用于存放類A的虛函數(shù)表地址，如圖所示。
然后，再看看派生類B的結(jié)構(gòu)，如圖所示。
首先把基類A的結(jié)構(gòu)全盤復(fù)制過來；如果有虛函數(shù)，則隱藏變量V，改為類B的虛函數(shù)表地址；最后，在內(nèi)存地址的最高位增加4個字節(jié)，分配給變量z。
你發(fā)現(xiàn)有趣的事情了嗎？如果不考慮派生類B特有的變量z，派生類B的結(jié)構(gòu)跟基類A，是完全相同的。你完全可以把派生類B，降級成基類A來使用。
而下面的func4，不正是把派生類B的對象，降級（類型轉(zhuǎn)換）成基類A的對象在使用嗎？
void func4(B& b)
{
A* p=&b;
p->x=1;
p->y=2;
}也就是常說的：代碼復(fù)用！相反，我們可以把基類A，升級成派生類B使用，可以嗎？如圖所示。
顯然不行，如你所見：因為類A沒有給變量 z 預(yù)留空間。所以，即使函數(shù)func5能通過編譯，可一旦訪問變量z，就會越界！
讀寫到不屬于變量a的內(nèi)存空間。隨后的情況，不是程序崩潰，就是運行異常。大家也可以參看CPU眼里的：數(shù)組越界，它們的原理是相似的。
當然，如果多態(tài)僅僅只是把派生類降級成基類使用。就太沒有意思了，雖然復(fù)用了基類的共性，卻沒有體現(xiàn)出自己的特性。如何體現(xiàn)特性呢？答案是：虛函數(shù)。
比如：我們要訪問類B的特有變量z，我們就可以定義一個這樣的虛函數(shù)，如圖所示。
至于類A，沒有特有變量 z，可以給它寫一個返回-1的空函數(shù)或純虛函數(shù)。
如CPU眼里的：虛函數(shù)所講，如圖所示。
根據(jù)動態(tài)綁定的實現(xiàn)原理，無論指針p是什么類型，當p指向類A的對象時，它就會調(diào)用類A特有的虛函數(shù)；當p指向類B的對象時，它就會調(diào)用類B特有的虛函數(shù)。
這也是多態(tài)的精髓：調(diào)用相同名稱的函數(shù)，卻會根據(jù)對象的實際類型，執(zhí)行不同的函數(shù)版本。當軟件代碼變得越發(fā)復(fù)雜的時候，這種設(shè)計方法可以消滅掉大量的switch case語句。
就這樣，類B的對象，不僅可以復(fù)用基類A的屬性（變量/函數(shù)）；還可以擴展自己的特性（變量z）
03
實例分析
在現(xiàn)實世界中，最常見的多態(tài)設(shè)計就是：圖形界面（如圖所示：這是一個簡化的音樂播放器界面）
我們在網(wǎng)頁、或手機APP上，看到的界面元素，往往都有一個共同的基類，負責一些基本功能，比如：記錄位置、大小、形狀信息，以及導(dǎo)航規(guī)則和提供：抽象、統(tǒng)一化的函數(shù)接口，如圖所示。
同時，所有的界面元素也會根據(jù)自己的特性，重載一個虛函數(shù)，用于繪制自己的外形，例如：draw。也就是繪制我們可以看到的：按鈕、標簽、開關(guān)、進度條，如圖所示。
如果采用左邊的多態(tài)的設(shè)計方法，只需要一個虛函數(shù)接口draw，就可以統(tǒng)一所有界面元素的繪制函數(shù)接口；不同的界面元素，只需要根據(jù)自身特點，重載一下draw函數(shù)即可。
而如果采用右邊的非多態(tài)設(shè)計方法，就需要在對界面元素，作差異化操作的時候（例如：繪制界面元素的外觀）使用switch case語句，手動的做好區(qū)分工作，讓不同的界面元素，調(diào)用與之適應(yīng)的繪制函數(shù)。
雖然都能實現(xiàn)功能，但哪種方法更清晰，更容易維護和擴展呢？
04
總結(jié)
1. 多態(tài)，常會用基類指針，指向派生類對象。
2. 多態(tài)，會利用派生類的結(jié)構(gòu)特點，復(fù)用基類的屬性（變量/函數(shù)）
3. 多態(tài)，會利用虛函數(shù)，來擴展派生類的特性。
最后，多態(tài)不是C++的專利，很多語言都支持多態(tài)，例如：Java。與其說多態(tài)是：語法規(guī)則，不如說是：設(shè)計技巧。
如何準確的區(qū)分：共性、特性；需要根據(jù)自己的具體情況，具體分析。僅僅用CPU的視角看待多態(tài)，是非常局限、片面的。
05
熱點問題
Q1：類B使用類A的屬性、方法，這不就是繼承嗎？為什么跟多態(tài)扯上關(guān)系了呢？
A1：多態(tài)使用了很多語法功能，包括了：繼承，類型轉(zhuǎn)換，虛函數(shù)，函數(shù)重載等。我們或許不能把多態(tài)當作某種語法規(guī)則，多態(tài)更像是一種設(shè)計技巧，有了C++的加持，會讓開發(fā)者更加優(yōu)雅的實現(xiàn)多態(tài)的設(shè)計構(gòu)想。
06
更多知識
如果喜歡阿布這種解讀方式，希望更加系統(tǒng)學(xué)習(xí)這些編程知識的話，也可以考慮看看由阿布親自編寫，并有多位微軟大佬聯(lián)袂推薦的新書《CPU眼里的C/C++》