C++超全面講解多態(tài)

第C++超全面講解多態(tài)目錄多態(tài)的概念多態(tài)的定義及實(shí)現(xiàn)構(gòu)成條件虛函數(shù)虛函數(shù)的重寫虛函數(shù)重寫的兩個(gè)例外抽象類抽象類的概念接口繼承和實(shí)現(xiàn)繼承多態(tài)的原理虛函數(shù)表多態(tài)的原理

多態(tài)的概念

概念：通俗的來說就是多種形態(tài)，具體就是去完成某個(gè)行為，當(dāng)不同類型的對(duì)象去完成同一件事時(shí)，產(chǎn)生的動(dòng)作是不一樣的，結(jié)果也是不一樣的。

舉一個(gè)現(xiàn)實(shí)中的例子：買票這個(gè)行為，當(dāng)普通人買票時(shí)是全價(jià)；學(xué)生是半價(jià)；軍人是不需要排隊(duì)。

多態(tài)也分為兩種：

靜態(tài)的多態(tài)：函數(shù)調(diào)用動(dòng)態(tài)的多態(tài)：父類指針或引用調(diào)用重寫虛函數(shù)。

這里的靜態(tài)是指在編譯時(shí)實(shí)現(xiàn)多態(tài)的，而動(dòng)態(tài)是在運(yùn)行時(shí)完成的。

多態(tài)的定義及實(shí)現(xiàn)

構(gòu)成條件

多態(tài)一定是建立在繼承上的，那么除了繼承還要兩個(gè)條件：

必須通過基類（父類）的指針或引用調(diào)用函數(shù)被調(diào)用的函數(shù)必須是虛函數(shù)，且派生類（子類）必須對(duì)積累的虛函數(shù)進(jìn)行重寫。

虛函數(shù)

概念：被virtual修飾的類成員函數(shù)稱為虛函數(shù)

classPerson

public:

virtualvoidBuyTicket()

cout"全價(jià)票"endl;

};

注意：

只有類的非靜態(tài)成員函數(shù)可以是虛函數(shù)虛函數(shù)這里virtual和虛繼承中用的是同一個(gè)關(guān)鍵字，但是他們之間沒有關(guān)系；虛函數(shù)這里是為了實(shí)現(xiàn)多態(tài)；虛繼承是為了解決菱形繼承的數(shù)據(jù)冗余和二義性，它們沒有關(guān)聯(lián)

虛函數(shù)的重寫

概念：派生類（子類）中有一個(gè)跟基類（父類）完全相同的虛函數(shù)（即派生類虛函數(shù)與基類虛函數(shù)的返回值類型，函數(shù)名字，參數(shù)列表完全相同），稱子類的虛函數(shù)重寫了基類的虛函數(shù)。

例：

classPerson

public:

virtualvoidBuyTicket()

cout"全價(jià)票"endl;

classStudent:publicPerson

public:

//子類的虛函數(shù)重寫了父類的虛函數(shù)

virtualvoidBuyTicket()

cout"半價(jià)票"endl;

classSoldier:publicPerson

public:

//子類的虛函數(shù)重寫了父類的虛函數(shù)

virtualvoidBuyTicket()

cout"優(yōu)先買票"endl;

//多態(tài)的實(shí)現(xiàn)

voidf(Personp)//這塊的參數(shù)必須是引用或者指針

p.BuyTicket();

intmain()

Personp;

Studentst;

Soldierso;

f(p);

f(st);

f(so);

return0;

}

注意：這里子函數(shù)的虛函數(shù)可以不加virtual，也算完成了重寫，但是父類的虛函數(shù)必須要加，因?yàn)樽宇愂窍壤^承父類的虛函數(shù)，繼承下來后就有了virtual屬性了，子類只是重寫這個(gè)virtual函數(shù)；除了這個(gè)原因之外，還有一個(gè)原因，如果父類的析構(gòu)函數(shù)加了virtual，子類加不加都一定完成了重寫，就保證了delete時(shí)一定能實(shí)現(xiàn)多態(tài)的正確調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。

虛函數(shù)重寫的兩個(gè)例外

1、協(xié)變

概念：派生類重寫基類虛函數(shù)時(shí)，與基類虛函數(shù)返回值類型不同。即基類虛函數(shù)返回基類對(duì)象的指針或者引用，派生類虛函數(shù)返回派生類對(duì)象的指針或者引用時(shí)，稱為協(xié)變

例：

classA{};

classB:publicA{};

classPerson

public:

virtualA*f()

returnnewA;

classStudent:publicPerson

public:

virtualB*f()//返回值不同但是構(gòu)成虛函數(shù)重寫

returnnewB;

};

2、析構(gòu)函數(shù)的重寫

如果基類的析構(gòu)函數(shù)為虛函數(shù)，此時(shí)派生類析構(gòu)函數(shù)只要定義，無論是否加virtual關(guān)鍵字，都與基類的析構(gòu)函數(shù)構(gòu)成重寫，雖然基類與派生類析構(gòu)函數(shù)名字不同。雖然函數(shù)名不相同，看起來違背了重寫的規(guī)則，其實(shí)不然，這里可以理解為編譯器對(duì)析構(gòu)函數(shù)的名稱做了特殊處理，編譯后析構(gòu)函數(shù)的名稱統(tǒng)一處理成destructor

例：

classPerson{

public:

//建議把父類析構(gòu)函數(shù)定義為虛函數(shù)，這樣方便子類的虛函數(shù)重寫父類的虛函數(shù)

virtual~Person(){cout"~Person()"endl;}

classStudent:publicPerson{

public:

virtual~Student(){cout"~Student()"endl;}

//只有派生類Student的析構(gòu)函數(shù)重寫了Person的析構(gòu)函數(shù)，下面的delete對(duì)象調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，才能構(gòu)成多態(tài)，才能保證p1和p2指向的對(duì)象正確的調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。

intmain()

Person*p1=newPerson;

//這里p2指向的子類對(duì)象，應(yīng)該調(diào)用子類析構(gòu)函數(shù)，如果沒有調(diào)用的話，就可能內(nèi)存泄漏

Person*p2=newStudent;

//多態(tài)行為

deletep1;

deletep2;

//只有析構(gòu)函數(shù)重寫了那么這里delete父類指針調(diào)用析構(gòu)函數(shù)才能實(shí)現(xiàn)多態(tài)。

return0;

}

C++11override和finel

從上面可以看出，C++對(duì)函數(shù)重寫的要求比較嚴(yán)格，但是有些情況下由于疏忽，可能會(huì)導(dǎo)致函數(shù)名字母次序?qū)懛炊鵁o法構(gòu)成重載，而這種錯(cuò)誤在編譯期間是不會(huì)報(bào)出的，只有在程序運(yùn)行時(shí)沒有得到預(yù)期結(jié)果才來debug會(huì)得不償失，因此：C++11提供了override和final兩個(gè)關(guān)鍵字，可以幫助用戶檢測是否重寫

final:修飾虛函數(shù)，表示該虛函數(shù)不能再被重寫

classCar

public:

virtualvoidDrive()final{}

classBenz:publicCar

public:

//會(huì)在這塊報(bào)錯(cuò)，因?yàn)榛惖奶摵瘮?shù)已經(jīng)被final修飾，不能被重寫了

virtualvoidDrive(){cout"Benz-舒適"endl;}

};

override:檢查派生類虛函數(shù)是否重寫了基類某個(gè)虛函數(shù)，如果沒有重寫編譯報(bào)錯(cuò)

classCar{

public:

virtualvoidDrive(){}

classBenz:publicCar{

public:

virtualvoidDrive()override{cout"Benz-舒適"endl;}

};

重載、覆蓋（重寫）、隱藏（重定義）的對(duì)比

抽象類

抽象類的概念

純虛函數(shù)：在虛函數(shù)的后面加上=0就是純虛函數(shù)，有純虛函數(shù)的類就是抽象類，也叫接口類，抽象類無法實(shí)例化對(duì)象。抽象類的子類不重寫父類的虛函數(shù)的話，也是一個(gè)抽象類。

//抽象類的定義

classCar

public:

virtualvoidrun()=0;//不用實(shí)現(xiàn)只寫接口就行。

};

純虛函數(shù)不寫函數(shù)體，并不意味著不能實(shí)現(xiàn)，只是我們不寫。因?yàn)閷懗鰜硪矝]有人用。

虛函數(shù)的作用

強(qiáng)制子類重寫虛函數(shù)，完成多態(tài)。表示抽象類。

接口繼承和實(shí)現(xiàn)繼承

普通函數(shù)的繼承就是實(shí)現(xiàn)繼承，虛函數(shù)的繼承就是接口繼承。子類繼承了函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，可以直接使用。虛函數(shù)重寫后只會(huì)繼承接口，重寫實(shí)現(xiàn)。所以如果不用多態(tài)，就不要把函數(shù)寫為虛函數(shù)。

純虛函數(shù)就體現(xiàn)了接口函數(shù)。下面我們來實(shí)現(xiàn)一道題，展現(xiàn)一下接口繼承。

classA

public:

virtualvoidfun(intval=0)

cout"A-val="valendl;

voidFun()

fun();

classB:publicA

public:

virtualvoidfun(intval=1)

cout"B-val"valendl;

intmain()

Bb;

A*a=

a-Fun();

return0;

}

結(jié)果打印為：B-val=0

子類對(duì)象切片給父類指針，傳給Fun函數(shù)，滿足多態(tài)，會(huì)去調(diào)用子類的fun函數(shù)，但是子類的虛函數(shù)繼承了父類的接口，所以val是父類的0。

多態(tài)的原理

虛函數(shù)表

classA

public:

virtualvoidfun()

protected:

int_a;

};

sizeof(A)是多少？

打印出來是8。

我們定義了一個(gè)A類型的對(duì)象a,打開調(diào)試窗口，發(fā)現(xiàn)a的內(nèi)容如下

我們發(fā)現(xiàn)出了成員變量_a以外，還多了一個(gè)指針，這個(gè)指針是不準(zhǔn)確的，實(shí)際上應(yīng)該是_vftptr(virtualfunctiontablepointer),虛函數(shù)表指針。在計(jì)算類大小的時(shí)候要加上這個(gè)指針的大小。虛表就是存放虛函數(shù)的地址地方，當(dāng)我們?nèi)フ{(diào)用虛函數(shù)，編譯器就會(huì)通過虛表指針去虛表里查找。

classA

public:

voidfun1()

virtualvoidfun2()

intmain()

A*a=nullptr;

a-fun1();//調(diào)用函數(shù)，因?yàn)檫@是普通函數(shù)的調(diào)用

a-fun2();//調(diào)用失敗，虛函數(shù)需要對(duì)指針操作，無法操作空指針。

return0;

}

實(shí)現(xiàn)一個(gè)繼承

classA

public:

virtualvoidfun1()

virtualvoidfun2()

classB:publicA

public:

virtualvoidfun1()

virtualvoidfun2()

intmain()

Aa;

Bb;

return0;

}

子類與父類一樣有一個(gè)虛表指針。

子類的虛函數(shù)表一部分繼承自父類。如果重寫了虛函數(shù)，那么子類的虛函數(shù)會(huì)在虛表上覆蓋父類的虛函數(shù)。

本質(zhì)上虛函數(shù)表是一個(gè)虛函數(shù)指針數(shù)組，最后一個(gè)元素是nullptr，代表虛表的結(jié)束。所以，如果繼承了虛函數(shù)，那么

子類先拷貝一份父類虛表，然后用一個(gè)虛表指針指向這個(gè)虛表。如果有虛函數(shù)重寫，那么在子類的虛表上用子類的虛函數(shù)覆蓋。子類新增的虛函數(shù)按其在子類中的聲明次序增加到子類虛表的最后。

虛函數(shù)表放在內(nèi)存的那個(gè)區(qū)，虛函數(shù)又放在哪？

虛函數(shù)與虛函數(shù)表都放在代碼段。

多態(tài)的原理

我們現(xiàn)在來看多態(tài)的原理

classperson

public:

virtualvoidfun()

cout"全價(jià)票"endl;

classstudent:publicperson

public:

virtualvoidfun()

cout"半價(jià)票"endl;

voidbuyticket(person*p)

p-fun();

}

這樣就實(shí)現(xiàn)了不同對(duì)象去調(diào)用同一函數(shù)，展現(xiàn)出不同的形態(tài)。滿足多態(tài)的函數(shù)調(diào)用是程序運(yùn)行是去對(duì)象的虛表查找的，而虛表是在編譯時(shí)確定的。普通函數(shù)的調(diào)用是編譯時(shí)就確定的。

動(dòng)態(tài)綁定與靜態(tài)綁定

1.靜態(tài)綁定又稱為前期綁定(早綁定)，在程序編譯期間確定了程序的行為，也稱為靜態(tài)多態(tài)，比如：函數(shù)重載

2.動(dòng)態(tài)綁定又稱后期綁定(晚綁定)，是在程序運(yùn)行期間，根據(jù)具體拿到的類型確定程序的具體行為，調(diào)用具體的函數(shù)，也稱為動(dòng)態(tài)多態(tài)。我們說的多態(tài)一般是指動(dòng)態(tài)多態(tài)。

這里我附上一個(gè)有意思的問題：

就是在子類已經(jīng)覆蓋了父類的虛函數(shù)的情況下，為什么子類還是可以調(diào)用被覆蓋的父類的虛函數(shù)呢？

#includeiostream

usingnamespacestd;

classBase{

public:

virt