[C++]面向对象语言三大特性--多态

Posted 2022-12-04 一个正直的男孩

大家这篇文章描述的是我在学习多态时的一些学习笔记，和问题，还有一些面试题，希望这篇文章对你会有帮助

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文章目录

• 什么是多态？
• 如何才可以看到多态这一属性呢？(概念)
• 什么虚函数？
• 如何使用多态？
• C++奇葩的设计(多态篇)
• 一些看起来挺实用，但是感觉不太会用的操作
• 多态的底层是如何实现的？
• 虚函数表
• 精准区分重载、重写，隐藏
• 面试或许会考察的题
• 唠唠家常

什么是多态？

下定义之前先讲个例子：

加入你是一个铲屎官，且家里有三个祖宗 🐱 、🐶 、🐰，那么在要干饭的时候，你为他们准备的食物分别是 猫粮，狗粮，胡萝卜。那么这里为不同的宠物准备不一样的食物就可以看做多态

下定义：

在对待同一件事(喂食)的时候会有不同的结果(食物)

z

如何才可以看到多态这一属性呢？(概念)

多态是在继承后的基础上拓展出来的，那么需要看这一个特性必须要满足以下的条件

1. 必须是父子类(等于白说)
2. 必须是父类的指针或者引用
3. 必须是虚函数

上面三个条件缺一不可，少一个你都看不到多态这美丽的属性

示例代码：

class Shoveler

public:
    virtual void foot()//条件3
    
        cout<<"杂食，蔬菜，肉"<<endl;
    

;
class Cat:public Shoveler

   public:
    virtual void foot()//条件3
    
        cout<<"猫粮，鱼"<<endl;
    

;
class Dog:public Shoveler

    public:
   virtual void foot()//条件3
    
        cout<<"狗粮，骨头"<<endl;
    
;
void WhatEat(Shoveler &sl)//条件2

  sl.foot();

int main()

    Shoveler d1;
    Cat d2;
    Dog d3;
     
   //调用
    WhatEat(d1);
    WhatEat(d2);
    WhatEat(d3);

结果：

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什么虚函数？

在上一篇文章继承中，有一个概念叫菱形继承，可以用虚继承来解决。那你还记得那个关键字吗？virtual

大胆猜想

给继承时加virtual 就是虚继承，那么在函数前加virtual那不就是虚函数，我真聪明，emmm似乎确实如此

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如何使用多态？

上述的代码大致你已经知道他的基本使用了，但是那个还不够，毕竟只是一个示范罢了 ！！！！

条件2

问

虽然这里时条件，但是我还是好想知道为什么，指针和引用可以但是类型不可以呢

答

这里涉及到了底层，本文后面回、会讲解，就带着这个疑问继续阅读

问

那他是如何调用的虚函数达到多态的呢？

答

好家伙你这问到点上了，但是这还是涉及到底层。现在可以说这种达到多态的场景叫做覆盖，重写

条件3

多态条件补充

如果要构成多态，那么他的虚函数一定要 函数名，返回值，参数 都相同，当然返回值前加virtual

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C++奇葩的设计(多态篇)

由上面刚刚补充的条件知道要构成多态虚函数需要满足函数名，返回值，参数 都相同，但是这里emmm出岔子了

岔子1：

返回值不同也可以构成多态，但是必须返回值是父子类（虽然我也不知道为啥有这个操作），且有一个好听的专有名词 协变

如图所示：

岔子2：

子类的虚函数可以不写。这里的话其实还比较好理解，或许是C++协会的大大害怕你会写忘了(有点贴心)，其实重要的是继承了父类的虚拟函数了,因为虚函数继承是接口继承就是直接覆盖你的函数声明(但是建议还是写上为好，高质量c++编程🤪)

岔子3：

析构函数的虚函数可以名称不同，其实在上篇文章继承中说过，构造函数会被转换成destruct，所以其实还是同名

问

为啥析构函数还要是虚函数呀，好奇？？？

答
看下面这个例子

这种情况如果析构不构成重写的话，那么就会如图所示

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一些看起来挺实用，但是感觉不太会用的操作

final

1. 这个关键修饰的类不可继承
2. 关键字修饰的虚函数不可以多态（重写，覆盖)

用法

override

关键修饰的虚函数如果没有实现多态就会报错，类似assert

用法

抽象类

在虚函数声明后面 ➕ =0 就是抽象类，当是抽象类的时候是不可以实例化对象的，继承后如果子类不重写虚函数，那么子类也是抽象类

用法

抽象类就是一个媒介，或者他就是一个工具人，且只有被继承才可以使用，这里提个醒，他不可以实例化对象，但是可以创建指针引用，且类中也是可以有变量，好家伙真的工具类

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多态的底层是如何实现的？

先看一些这道面试或许会问到的题(输出的是啥？？)

运行结果

解释：

这里为啥是16呢？其实是虚函数在搞鬼，有了虚函数后这个类就会在开始多一个指针(虚表指针)博主编译器是在64平台下的，如图所示内存模型

问

虚表指针好熟悉，哦继承中不是也有一个虚基表指针,虚表指针是不是就是存虚函数的指针？

答

不得不说你还是很聪明，没错他确实就是存虚函数的指针（_vfptr），但是你要吧虚表和虚基表区分开来，这是菱形继承解决方案中的虚继承，虚基表存的父类元素的是偏移量

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虚函数表

概念：

每个类都有属于自己的一个虚表(毕竟有各自的作用域)，且这个这个类实例化的对象共用一张虚表，（虚函表存的这个函数的地址，而这个函数是存在公共代码段中的，所以一个类实例化的对象公用一张虚表）

上述留下的坑

1. 为啥只有指针和引用才支持多态
2. 多态的实现

为啥只有指针和引用才支持多态？

因为如果用对象去接收的换，那么就只子类拷贝构造父类，但是指针和引用还是志向子类的内存空间的，如图所示的内存模型视图：

对象接收的情况

这里你或许会疑问为啥不把虚表拷贝构造呢？

每个类有属于自己唯一的虚表，且本类实例化对象共用一个虚表，如果拷贝（实例化对象就会有问题，它的虚表改变了，自己本类的虚函数访问不到）

父类指针或者引用的情况(其实也就是底层)

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精准区分重载、重写，隐藏

重载

必须是同一作用域下，函数名相同，但是参数列表不同，这个就是重载,有人会称他为静态的多态(在编译时就确定好函数的位置了)

重写

大前提条件就是在继承的前提下，父子类都有同名，同返回值，同参，虚函数，调用的时候一定是父类的指针或者引用

隐藏

也是在继承的前提下，只要父子类中有同名的函数，不管参数和返回值是否一样，直接构成隐藏

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面试或许会考察的题

请问下面程序的打印结果是啥？

答案

classA classB classC classD

解释

这里初始化看的不是构造函数列表，而是继承的顺序，编译器会优化A只初始化一次，至于为啥那就要看底层了

请问代码中的指针的偏移量（其实就是指针指向的位置）

A p1==p2==p3    B p1==p2!=p3   C p1==p3!=p2  D p1!=p2!=p3

答案

C

解释

如图所示：

请问下面打印的结果是啥？

答案

b->1

解释如图所示

如果这几道题对了恭喜，你这就是腾讯之前考过的笔试选择题

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唠唠家常

这个就是面向对象的三大特性，其实理解起来也还好，也是全部语言通用的哦，那么就到这里吧！！！！