【C++】C++多态世界：从基础到前沿

六点半就起.

发布于 2024-10-23 08:58:14

11500

代码可运行

文章被收录于专栏：六点半就起来干博客！六点半就起来干博客！

运行总次数：0

代码可运行

多态的定义及实现

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：

必须通过基类的指针或者引用调用虚函数
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

1. 虚函数

虚函数：即被virtual修饰的类成员函数称为虚函数

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

2. 虚函数的重写

虚函数的重写(覆盖)：派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数(即派生类虚函数与基类虚函数的返回值类型、函数名字、参数列表完全相同)，称子类的虚函数重写了基类的虚函数。

注意：重写的是实现，即函数体里面的类容，派生类的函数（包括函数名，参数类型：包括缺省值，返回值）都是直接用的基类的，这也解释了为什么派生类的虚函数可以不加virtual（但是函数名，参数类型，返回值要与基类一样），依然可以构成重写。

虚函数重写的两个例外：

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
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。

3. C++11 override 和 final

final：修饰虚函数，表示该虚函数不能再被重写

class Car
{
public:
 virtual void Drive() final {}//其派生类不可再重写该虚函数
};
class Benz :public Car
{
public:
 virtual void Drive() {cout << "Benz-牛逼" << endl;}
};

override: 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。

class Car{
public:
 virtual void Drive(){}
};
class Benz :public Car {
public:
 virtual void Drive() override {cout << "Benz-牛逼" << endl;}
};

重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比（关键）

抽象类

1. 概念

在虚函数的后面写上 =0 ，则这个函数为纯虚函数。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。派生类继承后也不能实例化出派生类对象，只有重写纯虚函数，派生类才能实例化出对象。纯虚函数规范了派生类必须重写，另外纯虚函数更体现出了接口继承。

2. 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。所以如果不实现多态，不要把函数定义成虚函数。

多态的原理

1虚函数表

// 这里常考一道笔试题：sizeof(Base)是多少？vs下答案为8，虚表大小加整形变量b大小
class Base
{
public:
 virtual void Func1()
 {
 cout << "Func1()" << endl;
 }
private:
 int _b = 1;
};

b对象是8bytes，除了_b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)。一个含有虚函数的类中都至少都有一个虚函数表指针，因为虚函数的地址要被放到虚函数表中，虚函数表也简称虚表，。那么派生类中这个表放了些什么呢？

代码举例：

#include <iostream>
using namespace std;
class Base
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		cout << "Base::Func1()" << endl;
	}
	virtual void Func2()
	{
		cout << "Base::Func2()" << endl;
	}
	void Func3()
	{
		cout << "Base::Func3()" << endl;
	}
private:
	int _b = 1;
};
class Derive : public Base
{
public:
	virtual void Func1()
	{
			cout << "Derive::Func1()" << endl;
	}
private:
	int _d = 2;
};
int main()
{
	Base b;
	Derive d;
	return 0;
}

从监视窗口可得到这些信息：

基类与派生类的虚表不一样
基类的虚表中存储的是基类的虚函数Base::Fun1，Base::Fun2
派生类的虚表中存储的是：(1)在派生类中进行重写了的Derive::Func1，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)与基类的在派生类中未进行未重写的虚函数Base::Fun2
Func3也继承下来了，但是不是虚函数，所以不会放进虚表。
虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组，一般情况这个数组最后面放了一个nullptr。

总结： 派生类的虚表生成：

a.先将基类中的虚表内容拷贝一份到派生类虚表中 b.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 c.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

2. 虚函数存在哪的？虚表存在哪的？

虚函数和普通函数一样的，都是存在代码段的，只是他的指针又存到了虚表中，虚表存的是虚函数指针，不是虚函数
vs :下是存在代码段的
另外对象中存的不是虚表，存的是虚表指针

3. 动态绑定与静态绑定

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
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

多态的条件：

不用派生类（子类）的指针或引用原因：当用子类的指针或引用作为函数形参数时，如果是基类对象作为实参，则无法完成参数的正确传递（子类对象可赋给父类对象，这是由于子类的类容“大于”父类的类容，可通过切片完成，反之一般不可）
不可用父类对象的原因：当仅仅只是父类对象作为形参，子类对象作为实参，传递过程会发生拷贝