C++__多态

Posted 2021-07-25 Y—X

文章目录

• • 1. 多态的概念
  • 2. 多态的定义及实现
  • • 2.1多态的构成条件
    • 2.2 虚函数
    • 2.3虚函数的重写
    • 2.4 虚函数重写的两个例外
    • 2.5 C++11 override 和 final
    • 2.6 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比
  • 3. 抽象类
  • • 3.1 接口继承和实现继承
  • 4.多态的原理
  • • 4.1虚函数表
    • 4.2 动态绑定与静态绑定

1. 多态的概念

多态的概念：当不同的对象去完成某个事件时会产生出不同的状态。
举个例子：比如买票这个事件，当普通人买票时，是全价买票；学生买票时，是半价买票；军人买票时是优先买票。

2. 多态的定义及实现

2.1多态的构成条件

多态是在不同继承关系的类对象，去调用同一函数，产生了不同的行为。比如Student继承了Person。Person对象买票全价，Student对象买票半价。

那么在继承中要构成多态还有两个条件：

1. 必须通过基类的指针或者引用调用虚函数。
2. 被调用的函数必须是虚函数，且派生类必须对基类的虚函数进行重写。

2.2 虚函数

虚函数：被virtual修饰的类成员函数称为虚函数。

class Person
{
public:
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "正常排队-全价买票" << endl;
	}
};

2.3虚函数的重写

虚函数的重写(覆盖)的条件：

• 父子类中的函数都是虚函数。
• 子类虚函数与父类虚函数的返回值类型、函数名字、参数列表完全相同。

满足上述条件称子类的虚函数重写了父类的虚函数。

#include <iostream>

using namespace std;

class Person
{
public:
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "正常排队-全价买票" << endl;
	}
};

class Student : public Person
{
public:
	//派生类必须对基类的虚函数进行重写
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "正常排队-半价买票" << endl;
	}
};

//基类的指针或引用调用虚函数
void Buy(Person& p)
{
	p.BuyTicket();
}

int main()
{
	Person p;
	Buy(p);

	Student s;
	Buy(s);
	return 0;
}

注意：

在重写基类虚函数时，派生类的虚函数在不加virtual关键字时，也可以构成重写(因为继承后基类的虚函数被继承下来了在派生类依旧保持虚函数属性),但是该种写法不是很规范，不建议这样使用。

在满足多态后，指向那个对象，就调用的是那个对象的函数。

2.4 虚函数重写的两个例外

1.协变(基类与派生类虚函数返回值类型不同)

派生类重写基类虚函数时，与基类虚函数返回值类型不同。即基类虚函数返回基类对象的指针或者引用，派生类虚函数返回派生类对象的指针或者引用时，称为协变。

class A{};
class B : public A {};
class Person {
public:
virtual A* f() {return new A;}
};
class Student : public Person {
public:
virtual B* f() {return new B;}
};

2.析构函数的重写(基类与派生类析构函数的名字不同)

• 如果基类的析构函数为虚函数，此时派生类析构函数只要定义，无论是否加virtual关键字，都与基类的析构函数构成重写。
• 虽然基类与派生类析构函数名字不同，看起来违背了重写的规则，其实不然，这里可以理解为编译器对析构函数的名称做了特殊处理，编译后析构函数的名称统一处理成destructor。

特殊情况下不构成重写可能会内存泄漏：

2.5 C++11 override 和 final

• final：修饰虚函数，表示该虚函数不能再被继承。也可以修饰类，也不能被继承。

• override: 强制检查派生类虚函数是否重写了基类某个虚函数，如果没有重写编译报错。

2.6 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

3. 抽象类

包含纯虚函数的类叫做抽象类（也叫接口类），抽象类不能实例化出对象。

虚函数：在虚函数的后面写上 =0 ，这个函数就叫纯虚函数。

• 纯虚函数不需要实现，声明即可
• 派生类继承后也不能实例化出对象。
• 纯虚函数的作用，就是强制子类去完成重写，只有重写纯虚函数，派生类才能实例化出对象。
• 纯虚函数更体现出了接口继承。

3.1 接口继承和实现继承

• 普通函数的继承是一种实现继承，派生类继承了基类函数，可以使用函数，继承的是函数的实现。
• 虚函数的继承是一种接口继承，派生类继承的是基类虚函数的接口，目的是为了重写，达成多态，继承的是接口。

4.多态的原理

4.1虚函数表

通过观察测试我们发现a对象是8bytes。除了_a成员，还多一个__vfptr放在对象的前面(注意有些平台可能会放到对象的最后面，这个跟平台有关)，对象中的这个指针我们叫做虚函数表指针(v代表virtual，f代表function)。

虚表是在编译时生成的，存在代码段。

class A
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		cout << "Func1()" << endl;
	}
	virtual void Func2()
	{
		cout << "Func2()" << endl;
	}
	void Func3()
	{
		cout << "Func3()" << endl;
	}
private:
	int _a = 1;
};

class B : public A
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		cout << "Derive::Func1()" << endl;
	}
private:
	int _b = 2;
};

int main()
{
	A a;
	B b;
	return 0;
}

通过对上述代码测试和观察：

1. 基类a对象和派生类b对象虚表是不一样的，这里我们发现Func1完成了重写，所以d的虚表中存的是重写的Derive::Func1，所以虚函数的重写也叫作覆盖，覆盖就是指虚表中虚函数的覆盖。重写是语法的叫法，覆盖是原理层的叫法。
2. 另外Func2继承下来后是虚函数，所以放进了虚表，Func3也继承下来了，但是不是虚函数，所以不会放进虚表。
3. 虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组，这个数组最后面放了一个nullptr。

总结一下派生类的虚表生成：

1. 先将基类中的虚表内容拷贝一份到派生类虚表中。
2. 如果派生类重写了基类中某个虚函数，用派生类自己的虚函数覆盖虚表中基类的虚函数 。
3. 派生类自己新增加的虚函数按其在派生类中的声明次序增加到派生类虚表的最后。

• 虚函数存在哪的？虚表存在哪的？
  虚函数和虚表都是存在代码段的。虚表存的是虚函数指针，不是虚函数，虚函数和普通函数一样的，都是存在代码段的。

满足多态以后的函数调用，不是在编译时确定的，是运行起来以后到对象的中去找的。不满足多态的函数调用时编译时确认好的。

4.2 动态绑定与静态绑定

1. 静态绑定又称为前期绑定(早绑定)，在程序编译期间确定了程序的行为，也称为静态多态，比如：函数重载。
2. 动态绑定又称后期绑定(晚绑定)，是在程序运行期间，根据具体拿到的类型确定程序的具体行为，调用具体的函数，也称为动态多态。