重写、重载与多态的区别

1. 基本概念对比

特性	重写(Override)	重载(Overload)	多态(Polymorphism)
定义	子类重新定义父类的虚函数	同一作用域内同名函数不同参数	同一接口表现出不同行为
作用域	必须在不同类(继承关系中)	同一类或命名空间内	跨类层次结构
函数签名	必须完全相同	必须不同(参数类型/数量不同)	通过虚函数机制实现
绑定时机	运行时动态绑定(晚绑定)	编译时静态绑定(早绑定)	运行时通过虚表实现动态绑定

2. 技术细节深入解析

2.1 重写(Override)

• 核心要求：

  • 必须发生在继承体系中
  • 父类函数必须有virtual关键字(或纯虚函数)
  • 函数名、参数列表和返回类型必须完全一致
  • C++11可使用override关键字显式声明

• 典型示例：

class Base {
public:
    virtual void show() { cout << "Base show"; }
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() override { cout << "Derived show"; } // 重写
};

2.2 重载(Overload)

• 核心特征：

  • 同一作用域内的同名函数
  • 参数列表必须不同(类型/数量/顺序)
  • 返回类型可相同也可不同
  • 与const修饰符也可构成重载

• 典型示例：

class Calculator {
public:
    int add(int a, int b) { return a+b; }
    double add(double a, double b) { return a+b; } // 重载
    int add(int a, int b, int c) { return a+b+c; } // 重载
};

2.3 多态(Polymorphism)

• 实现机制：

  • 基于虚函数表(vtable)实现
  • 通过基类指针/引用调用派生类方法
  • 包含编译时多态(重载)和运行时多态(重写)

• 典型示例：

Base* obj = new Derived();
obj->show(); // 输出"Derived show"，体现多态性

3. 关键区别总结

1. 语法层面：

   • 重写要求父子类关系，重载只需同一作用域
   • 重写函数签名必须一致，重载必须不同
   • 多态是重写表现出的行为特性

2. 实现机制：

   • 重载是编译时决议(静态多态)
   • 重写是运行时通过虚表决议(动态多态)
   • 多态本质上是重写机制的应用表现

3. 设计目的：

   • 重载：提供相同功能的多种实现方式
   • 重写：实现子类特定行为
   • 多态：实现接口统一、实现多样

4. 特殊注意事项

1. C++11新特性：

   • override关键字：显式标记重写，避免误写
   • final关键字：禁止后续重写

   class Derived : public Base {
   public:
       void show() final { ... } // 禁止进一步重写
   };

2. 重载陷阱：

   • 默认参数可能导致重载歧义

   void func(int a);
   void func(int a, int b = 0); // 危险的重载

3. 多态成本：

   • 虚函数调用有额外开销(虚表查找)
   • 构造函数/析构函数中虚函数机制不生效

5. 应用场景对比

场景	适用技术	原因
同一操作不同类型参数	重载	编译期即可确定具体调用版本
扩展父类功能	重写	需要运行时动态绑定
设计通用接口框架	多态	实现"开闭原则"，便于扩展
运算符扩展	运算符重载	需要保持语法一致性

理解这三者的区别对于设计良好的面向对象系统至关重要，它们共同构成了C++多态特性的完整体系。