c++多态性详解（转）

Posted 2020-10-17

什么是多态？

多态一词最初来源于希腊语,意思是具有多种形式或形态的情形,当然这只是字面意思，它在C++语言中多态有着更广泛的含义。

这要先从对象的类型说起！对象的类型有两种：

 

实例：Derived1类和Derived2类继承Base类

class Base  
{};  
  
class Derived1 : public Base  
{};  
  
class Derived2 : public Base  
{};  
  
int main()  
{  
    Derived1 pd1 = new Derived1; //pd1的静态类型为Derived1，动态类型为Derived1  
    Base *pb = pd1; //pb的静态类型为Base，动态类型现在为Derived1  
    Derived2 pd2 = new Derived2; //pd2的静态类型为Derived2，动态类型现在为Derived2  
    pb = pd2; //pb的静态类型为Base，动态类型现在为Derived2  
  
    return 0;  
}

　　对象有静态类型，也有动态类型，这就是一种类型的多态。

多态分类

多态有静态多态，也有动态多态。 静态多态，比如函数重载，能够在编译器确定应该调用哪个函数；动态多态，比如继承加虚函数的方式（与对象的动态类型紧密联系，后面详解），通过对象调用的虚函数是哪个是在运行时才能确定的。

【静态多态】

实例：函数重载 ( 指在同一作用域内，可以有一组具有相同函数名，不同参数列表的函数，这组函数被称为重载函数 )

long long Add(int left, int right)  
{  
    return left + right;  
}  
  
double Add(float left, float right)  
{  
    return left + right;  
}  
  
int main()  
{  
    cout<<Add(10, 20)<<endl; //语句一  
    cout<<Add(12.34f, 43.12f)<<endl; //语句二  
  
    return 0;  
}

　　编译器在编译期间完成的,编译器根据函数实参的类型(可能会进行隐式类型转换),即可推断出要调用哪个函数,如果有对应的函数就调用该函数,否则出现编译错误。

【动态多态】

进入动态多态前，先看一个普通继承的例子：

class Person  
{  
public:  
    void GoToWashRoom()  
    {  
        cout<<"Person-->?"<<endl;  
    }  
};  
  
class Man : public Person  
{  
public:  
    void GoToWashRoom()  
    {  
        cout<<"Man-->Please Left"<<endl;  
    }  
};  
  
class Woman : public Person  
{  
public:  
    void GoToWashRoom()  
    {  
        cout<<"Woman-->Please Right"<<endl;  
    }  
};  
  
int main()  
{  
    Person per, *pp;  
    Man man, *pm;  
    Woman woman, *pw;  
  
    pp = &per;  
    pm = &man;  
    pw = &woman;  
      
    //第一组       //这些都是毫无疑问的  
    per.GoToWashRoom(); //调用基类Person类的函数  
    pp->GoToWashRoom();  //调用基类Person类的函数  
    man.GoToWashRoom(); //调用派生类Man类的函数   
    pm->GoToWashRoom();  //调用派生类Man类的函数   
    woman.GoToWashRoom();   //调用派生类Woman类的函数   
    pw->GoToWashRoom();  //调用派生类Woman类的函数   
      
    //第二组  
    pp = &man;  
    pp->GoToWashRoom();  //调用基类Person类的函数  
    pp = &woman;  
    pp->GoToWashRoom();  //调用基类Person类的函数  
      
    return 0;  
}

　　

运行结果：

第一组毫无疑问，通过本类对象和本类对象的指针就是调用本类的函数；

第二组中先让基类指针指向子类对象，然后调用该函数，调用的是基类的，后让基类指针指向另一个子类对象，调用的是还是基类的函数。

这是因为p的类型是一个基类的指针类型，那么在p看来，它指向的就是一个基类对象，所以调用了基类函数。就像一个int型的指针，不论它指向哪，读出来的都是一个整型（在没有崩溃的前提下），即使将它指向一个float。

再来对比着看下一个例子。

 

实例：继承+虚函数

class Person  
{  
public:  
    virtual void GoToWashRoom() = 0;  
};  
  
class Man : public Person  
{  
public:  
    virtual void GoToWashRoom()  
    {  
        cout<<"Man-->Please Left"<<endl;  
    }  
};  
  
class Woman : public Person  
{  
public:  
    virtual void GoToWashRoom()  
    {  
        cout<<"Woman-->Please Right"<<endl;  
    }  
};  
  
int main()  
{  
    for (int i = 0; i < 10; i++)  
    {  
        Person *p;  
        if (i&0x01)  
            p = new Man;  
        else  
            p = new Woman;  
  
        p->GoToWashRoom();  
        delete p;  
        sleep(1);  
    }  
  
    return 0;  
}

　　

运行结果：

就像上边这个例子所演示的那样，通过重写虚函数（不再是普通的成员函数，是虚函数！），实现了动态绑定，即在程序执行期间(非编译期)判断所引用对象的实际类型,根据其实际类型调用相应的方法。

使用virtual关键字修饰函数时,指明该函数为虚函数（在例子中为纯虚函数）,派生类需要重新实现,编译器将实现动态绑定。在上边例子中，当指针p指向Man类的对象时，调用了Man类自己的函数，p指向Woman类对象时，调用了Woman类自己的函数。

 

【动态绑定条件】

1. 必须是虚函数
2. 通过基类类型的引用或者指针调用

总结

• 派生类重写基类的虚函数实现多态，要求函数名、参数列表、返回值完全相同。(协变除外)
• 基类中定义了虚函数，在派生类中该函数始终保持虚函数的特性
• 只有类的成员函数才能定义为虚函数，静态成员函数不能定义为虚函数
• 如果在类外定义虚函数，只能在声明函数时加virtual关键字，定义时不用加
• 构造函数不能定义为虚函数，虽然可以将operator=定义为虚函数，但最好不要这么做，使用时容 易混淆
• 不要在构造函数和析构函数中调用虚函数，在构造函数和析构函数中，对象是不完整的，可能会 出现未定义的行为
• 最好将基类的析构函数声明为虚函数。(析构函数比较特殊，因为派生类的析构函数跟基类的析构 函数名称不一样，但是构成覆盖，这里编译器做了特殊处理)
• 虚表是所有类对象实例共用的

 

tips：协变：在C++中，只要原来的返回类型是基类类型的指针或引用，新的返回值类型是派生类的指针或引用，覆盖的方法就可以改变返回类型，这样的返回类型称为协变返回类型。

//协变，也可以构成重写（覆盖），但返回值是该类类型的指针或引用  
class Base     
{         
    virtual Base * FunTest()    
    {    
        //do something    
    }    
};    
class Derived : public Base    
{    
    Derived * FunTest()    
    {    
        //do something    
    }    
};

　　

容易混淆的点：