在c++中虚函数和多态性是啥意思

Posted 2023-03-23

我是c++语言初学者，在看教程的时候，不明白虚函数和多态性到底什么意思。各位前辈，谁可以帮我解释一下呢，万分感激 ！最好加个例子

　　多态是指使用相同的函数名来访问函数不同的实现方法，即“一种接口，多种方法”，用相同的形式访问一组通用的运算，每个运算可能对应的行为不同。C++支持编译时多态和运行时多态，运算符重载和函数重载就是编译时多态，而派生类和虚函数实现运行时多态。运行时多态的基础是基类指针，基类指针可以指向任何派生类对象。

虚函数与基类指针在一起时会有奇妙的现象。
1.虚函数是为了实现多态而存在的
请看以下程序：
#include <<
using namespace std;
class F

public:
void novir()

cout << "father novir" <

virtual void vir()

cout<< "father vir"<

;
class S : public F

public:
void novir()

cout << "son novir"<

void vir()

cout << "son vir"<

;
int main()

F f;
S s;
s.novir();// 子类起作用，输出为 son novir
s.vir();//子类起作用，输出为son vir
f.novir();//父类起作用(因为其本身在这里与子类没有关系)，输出father novir
f.vir();// 父类起作用(因为其本身在这里与子类没有关系)，输出father vir
F *ff;
ff = &s;//将一个父类指针指向一个子类对象；子类指针不能指向父类对象
ff->novir();//父类起作用，显示father novir
ff->vir();//子类起作用，虚函数多态的用处，显示 son vir,具体参见下面解释
return 0;


输出：
[root@localhost root]# ./vir
son novir
son vir
father novir
father vir
father novir
son vir

例如：父类为 车，子类为汽车

子类指针不能指向父类对象(即将父类对象赋值给子类指针)：
因为子类中有些信息父类没有，如果用指针访问的时候很可能访问到父类没有的一些属性及函数，会出错。父类的对象可以有很多，自行车，摩托车，轿车等，如果用一个父类的对象赋给子类汽车的指针，汽车有的属性，例如发动机，父类对象就没有，会产生错误。

父类指针可以指向子类对象(即将子类对象赋值给父类指针)：

由于继承的关系，子类对象同样也是父类的对象，例如：汽车有轮子，汽车也属于车，父类车也有轮子，这种情况下，子类对象就成为了父类的一个对象，所以只能操作父类有的属性及函数。对于那些父类没有的属性，必须将父类指针强制转化为子类指针后才可使用。

虚函数的多态体现
我们都知道，程序运行的过程要经过 预处理，编译，运行，链接等步骤。虚函数在程序运行的时候才被绑定，编译的时候不进行相关处理，只有运行的时候才对其进行相关操作。
所以在程序片：
=======================================================
F *ff;
ff = &s;//将一个父类指针指向一个子类对象；子类指针不能指向父类对象

ff->novir();//父类起作用，显示father novir

ff->vir();//子类起作用，虚函数多态的用处，显示 son vir
=======================================================
程序在运行时决定调用虚函数的哪个定义，这个决定依赖于基类型指针所指向的对象的类型。通过点运算调用虚函数时，忽略了虚函数的多态性，**只有**使用***基类型指针访问虚函数***，运行时的多态性才得以体现。即C++根据指针指向对象的类型来决定调用虚函数的哪个定义，在这里，指针所指向的类型为子类对象，所以虚函数使用子类的函数。 参考技术A 虚函数联系到多态，多态联系到继承。所以本文中都是在继承层次上做文章。没了继承，什么都没得谈。

下面是对C++的虚函数这玩意儿的理解。

什么是虚函数（如果不知道虚函数为何物，但有急切的想知道，那你就应该从这里开始）

简单地说，那些被virtual关键字修饰的成员函数，就是虚函数。虚函数的作用，用专业术语来解释就是实现多态性（Polymorphism），多态性是将接口与实现进行分离；用形象的语言来解释就是实现以共同的方法，但因个体差异而采用不同的策略。下面来看一段简单的代码

class A

public:

void print() cout<<”This is A”<<endl;

;

class B:public A

public:

void print() cout<<”This is B”<<endl;

;

int main() //为了在以后便于区分，我这段main()代码叫做main1

A a;

B b;

a.print();

b.print();



通过class A和class B的print()这个接口，可以看出这两个class因个体的差异而采用了不同的策略，输出的结果也是我们预料中的，分别是This is A和This is B。但这是否真正做到了多态性呢？No，多态还有个关键之处就是一切用指向基类的指针或引用来操作对象。那现在就把main()处的代码改一改。

int main() //main2

A a;

B b;

A* p1=&a;

A* p2=&b;

p1->print();

p2->print();



运行一下看看结果，哟呵，蓦然回首，结果却是两个This is A。问题来了，p2明明指向的是class B的对象但却是调用的class A的print()函数，这不是我们所期望的结果，那么解决这个问题就需要用到虚函数

class A

public:

virtual void print() cout<<”This is A”<<endl; //现在成了虚函数了

;

class B:public A

public:

void print() cout<<”This is B”<<endl; //这里需要在前面加上关键字virtual吗？

;

毫无疑问，class A的成员函数print()已经成了虚函数，那么class B的print()成了虚函数了吗？回答是Yes，我们只需在把基类的成员函数设为virtual，其派生类的相应的函数也会自动变为虚函数。所以，class B的print()也成了虚函数。那么对于在派生类的相应函数前是否需要用virtual关键字修饰，那就是你自己的问题了。

现在重新运行main2的代码，这样输出的结果就是This is A和This is B了。

现在来消化一下，我作个简单的总结，指向基类的指针在操作它的多态类对象时，会根据不同的类对象，调用其相应的函数，这个函数就是虚函数 参考技术B 虚函数是在基类中定义的，目的是不确定它的派生类的具体行为。例：
定义一个基类：class Animal//动物。它的函数为breathe()//呼吸。
再定义一个类class Fish//鱼 。它的函数也为breathe()
再定义一个类class Sheep //羊。它的函数也为breathe()
为了简化代码，将Fish,Sheep定义成基类Animal的派生类。
然而Fish与Sheep的breathe不一样，一个是在水中通过水来呼吸，一个是直接呼吸空气。所以基类不能确定该如何定义breathe，所以在基类中只定义了一个virtual breathe,它是一个空的虚函数。具本的函数在子类中分别定义。程序一般运行时，找到类，如果它有基类，再找它的基类，最后运行的是基类中的函数，这时，它在基类中找到的是virtual标识的函数，它就会再回到子类中找同名函数。派生类也叫子类。基类也叫父类。这就是虚函数的产生，和类的多态性（breathe）的体现.
这里的多态性是指类的多态性。
函数的多态性是指一个函数被定义成多个不同参数的函数，它们一般被存在头文件中，当你调用这个函数，针对不同的参数，就会调用不同的同名函数。例：Rect（）//矩形。它的参数可以是两个坐标点（point，point)也可能是四个坐标(x1,y1,x2,y2)这叫函数的多态性与函数的重载。本回答被提问者采纳