C++的多態(tài)與虛函數(shù)你了解嗎

第C++的多態(tài)與虛函數(shù)你了解嗎目錄多態(tài)性虛函數(shù)總結(jié)

多態(tài)性

多態(tài)性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，若程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言不支持多態(tài)性，不能稱(chēng)為面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，利用多態(tài)性技術(shù)，可以調(diào)用同一個(gè)函數(shù)名的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)完全不同的功能

在C++中有兩種多態(tài)性：

編譯時(shí)的多態(tài)

通過(guò)函數(shù)的重載和運(yùn)算符的重載來(lái)實(shí)現(xiàn)的

運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性

運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性是指在程序執(zhí)行前，無(wú)法根據(jù)函數(shù)名和參數(shù)來(lái)確定該調(diào)用哪一個(gè)函數(shù)，必須在程序執(zhí)行過(guò)程中，根據(jù)執(zhí)行的具體情況來(lái)動(dòng)態(tài)地確定；它是通過(guò)類(lèi)繼承關(guān)系public和虛函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，目的也是建立一種通用的程序；通用性是程序追求的主要目標(biāo)之一

通過(guò)引用或指針調(diào)用時(shí)，才可以達(dá)到運(yùn)行時(shí)的多態(tài)

虛函數(shù)

虛函數(shù)是一個(gè)類(lèi)的成員函數(shù)，定義格式如下：

virtual返回類(lèi)型函數(shù)名（參數(shù)表）；

關(guān)鍵字virtual指明該成員函數(shù)為虛函數(shù)，virtual僅用于類(lèi)定義中，如虛函數(shù)在類(lèi)外定義，不可加virtual

我們來(lái)看下面代碼

classAnimal

private:

stringname;

public:

Animal(conststringna):name(na)

public:

virtualvoideat(){}

virtualvoidwalk(){}

virtualvoidtail(){}

virtualvoidPrintInfo(){}

stringget_name()

returnname;

conststringget_name()const

returnname;

classDog:publicAnimal

private:

stringowner;

public:

Dog(conststringow,conststringna):Animal(na),owner(ow)

virtualvoideat()

cout"DogEat:bone"endl;

virtualvoidwalk()

cout"DogWalk:run"endl;

virtualvoidtail()

cout"DogTail:wangwang"endl;

virtualvoidPrintInfo()

cout"Dogowner"ownerendl;

cout"Dogname:"get_name()endl;

classCat:publicAnimal

private:

stringowner;

public:

Cat(conststringow,conststringna):Animal(na),owner(ow)

virtualvoideat()

cout"CatEat:fish"endl;

virtualvoidwalk()

cout"CatWalk:silent"endl;

virtualvoidtail()

cout"CatTail:miaomiao"endl;

virtualvoidPrintInfo()

cout"Catowner:"ownerendl;

cout"Catname:"get_name()endl;

//需要公有繼承公有繼承代表是一個(gè)的意思

//需要引用或指針調(diào)用

voidfun(Animalanimal)

animal.eat();//對(duì)象名稱(chēng).虛方法()

animal.walk();

animal.tail();

animal.PrintInfo();

intmain()

Dogdog("zyq","hashiqi");//conststringow="zyq"

Catcat("zyq","bosimao");

fun(dog);

fun(cat);

return0;

在這里我們可以看到，當(dāng)我們調(diào)用fun()函數(shù)時(shí)，傳入dog對(duì)象則調(diào)用Dog的方法，傳入cat調(diào)用Cat方法；這就是所謂的運(yùn)行時(shí)的多態(tài)

要想達(dá)到運(yùn)行時(shí)的多態(tài)（晚綁定）需要滿(mǎn)足：

公有繼承有虛函數(shù)必須以指針或引用方式調(diào)用虛函數(shù)

若發(fā)生早綁定，則會(huì)調(diào)用Animal類(lèi)型的方法

成員函數(shù)應(yīng)盡可能的設(shè)置為虛函數(shù)，但必須注意一下幾條：

1.派生類(lèi)中定義虛函數(shù)必須與基類(lèi)中的虛函數(shù)同名外，還必須同參數(shù)表，同返回類(lèi)型；否則被認(rèn)為是重載，而不是虛函數(shù)。如基類(lèi)中返回基類(lèi)指針，派生類(lèi)中返回派生類(lèi)指針是允許的，這是一個(gè)例外

2.只有類(lèi)的成員函數(shù)才能說(shuō)明為虛函數(shù)，這是因?yàn)樘摵瘮?shù)僅適用于有繼承關(guān)系的類(lèi)對(duì)象

3.靜態(tài)成員函數(shù)，是所有同一類(lèi)對(duì)象公有，不受限于某個(gè)對(duì)象，不能作為虛函數(shù)（友元函數(shù)也不可以）

4.實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)多態(tài)性時(shí)，必須使用基類(lèi)類(lèi)型的指針變量或引用，使該指針指向該基類(lèi)的不同派生類(lèi)的對(duì)象，并通過(guò)該指針指向虛函數(shù)，才能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的多態(tài)性

5.內(nèi)聯(lián)函數(shù)每個(gè)對(duì)象一個(gè)拷貝，無(wú)映射關(guān)系，不能作為虛函數(shù)

6.析構(gòu)函數(shù)可定義為虛函數(shù)，構(gòu)造函數(shù)不可以定義為虛函數(shù)，因?yàn)樵谡{(diào)用構(gòu)造函數(shù)時(shí)對(duì)象還沒(méi)有完成實(shí)例化；在基類(lèi)中及其派生類(lèi)中都動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存空間時(shí)，必須把析構(gòu)函數(shù)定義為虛函數(shù)，實(shí)現(xiàn)撤銷(xiāo)對(duì)象時(shí)的多態(tài)性

7.函數(shù)執(zhí)行速度要稍慢一些，為了實(shí)現(xiàn)多態(tài)性，每一個(gè)派生類(lèi)中均要保存相應(yīng)虛函數(shù)的入口地址表，函數(shù)的調(diào)用機(jī)制也是間接實(shí)現(xiàn)；所以多態(tài)性總要付出一定代價(jià)，但通用性是一個(gè)更高的目標(biāo)

8.如果定義放在類(lèi)外，virtual只能加在函數(shù)聲明前面，不能加載函數(shù)定義前面；正確的定義必須不包括virtual

虛函數(shù)是覆蓋，同名函數(shù)是隱藏

虛函數(shù)編譯過(guò)程

classObject

private:

intvalue;

public:

Object(intx=0):value(x)

virtualvoidadd()

cout"Object::add"endl;

virtualvoidfun()

cout"Object::fun"endl;

virtualvoidprint()const

cout"Object::print"endl;

classBase:publicObject

private:

intsum;

public:

Base(intx=0):Object(x+10),sum(x)

virtualvoidadd()

cout"Base::add"endl;

virtualvoidfun()

cout"Base::fun"endl;

virtualvoidprint()const

cout"Base::print"endl;

intmain()

此處虛函數(shù)表中進(jìn)行的是同名覆蓋，而不像繼承關(guān)系中，同名成員進(jìn)行隱藏，就近處理；虛函表僅有一份，存在數(shù)據(jù)區(qū)

在主函數(shù)創(chuàng)建對(duì)象

intmain()

Basebase(10);

Object*op=base;

可以看到base的大小為12字節(jié)，因?yàn)槠渲谢?lèi)對(duì)象Object，添加了虛表變?yōu)榱?字節(jié)，且在構(gòu)建過(guò)程，首先構(gòu)建Object基類(lèi)，此時(shí)虛表指針指向Object的虛表，而接著構(gòu)建Base類(lèi)的時(shí)候，會(huì)將虛表指針修改為指向Base的虛表

也就是，當(dāng)有虛函數(shù)時(shí)，構(gòu)造函數(shù)除了構(gòu)建對(duì)象初始化對(duì)象的數(shù)據(jù)成員外，還會(huì)將虛表的地址給到虛表指針;同時(shí)這也是構(gòu)造函數(shù)不可以作為虛函數(shù)的原因

intmain()

Basebase(10);

Object*op=NULL;

Objectobj(0);

op=base;

op-add();//指針或引用調(diào)動(dòng)，則采用運(yùn)行時(shí)多態(tài)

op-fun();

op-print();

obj=base;

obj.add();//對(duì)象直接調(diào)動(dòng)，則采用編譯時(shí)多態(tài)

obj.fun();

obj.print();

也就是我們通過(guò)，對(duì)象名.方法的方式調(diào)用虛函數(shù)，則通過(guò)編譯時(shí)多態(tài)的方式

運(yùn)行時(shí)的多態(tài)，是通過(guò)查詢(xún)虛表進(jìn)行調(diào)用；下面通過(guò)匯編進(jìn)一步查看

只有進(jìn)行以指針調(diào)用或引用調(diào)用的時(shí)候才會(huì)對(duì)虛表進(jìn)行查詢(xún)

三層繼承

classObject

private:

intvalue;

public:

Object(intx=0):value(x)

virtualvoidadd()

cout"Object::add"endl;

virtualvoidfun()

cout"Object::fun"endl;

virtualvoidprint()const

cout"Object::print"endl;

voidfn_a()

fun();

classBase:publicObject

private:

intsum;

public:

Base(intx=0):Object(x+10),sum(x)

virtualvoidadd()

cout"Base::add"endl;

virtualvoidfun()

cout"Base::fun"endl;

virtualvoidshow()

cout"Base::show"endl;

classTest:publicBase

private:

intnum;

public:

Test(intx=0):Base(x+10)

virtualvoidadd()

cout"Test::add"endl;

virtualvoidprint()const

cout"Test::print"endl;

virtualvoidshow()

cout"Test::show"endl;

我們可以看到虛函數(shù)表，當(dāng)我們構(gòu)建派生類(lèi)，會(huì)復(fù)制基類(lèi)的虛函數(shù)表，將虛表指針指向新的虛函數(shù)表，并且將同名的虛函數(shù)進(jìn)行覆蓋

依舊使用上面代碼

/*

voidfn_a()

fu