1. 多态的概念
2. 多态的定义及实现
2.1 虚函数
class Person {
public:
virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};
2.2虚函数的重写
class Person {
public:
virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};
class Student : public Person {
public:
virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }
/*注意:在重写基类虚函数时,派生类的虚函数在不加virtual关键字时,也可以构成重写*/
/*void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }*/
};
void Func(Person& p)
{
p.BuyTicket();
}
int main()
{
Person ps;
Student st;
Func(ps);//买票-全价
Func(st);//买票-半价
return 0;
}
虚函数重写后,此时调用func函数,就形成多态了。
接口继承
在C++中,接口继承是指一个类继承另一个类的接口部分,即只继承虚函数而不继承函数体部分。这样做的目的是为了在派生类中重写虚函数,以实现特定的功能。
class person
{
public:
virtual void func(int a = 5)
{
cout << "被person调用 a = " << a << endl;
}
};
class student : public person
{
public:
virtual void func(int a = 10)
{
cout << "被student调用 a = " << a << endl;
}
};
student s;
person& rp = s;
student& rs = s;
rp.func();
rs.func();
输出结果:
被student调用 a = 5
被student调用 a = 10
以上代码中,两个虚函数func
构成重写,但是person
中的func
,参数a
的默认值为5;student
中的func
,参数a
的默认值为10。奇怪的事情发生了:我们确实使用student对象调用了函数func,所以两次调用都显示了被student调用,说明调用了student中的函数。但是为什么通过person&调用的函数,a的值是5?
这就涉及到了接口继承。当两个函数构成虚函数时,并且通过 基类的引用/指针 调用函数,此时根据多态,会调用到派生类对应的函数,同时会发生接口继承。
上面的virtual void func(int a = 5)会被继承给派生类,把下面的virtual void func(int a = 10)替换掉,所以最后虽然我们最后通过多态调用到了正确的函数,但是由于接口继承,我们的接口依然是基类的,所以a = 5。但是如果我们直接通过,student&来调用student的函数,此时就是自己调用自己的函数,没有发生多态,所以没有发生接口继承,最后a = 10。
虚函数重写的两个例外
class A {};
class B : public A {};
class Person {
public:
virtual A* f() { return new A; }
};
class Student : public Person {
public:
virtual B* f() { return new B; }
};
class Person {
public:
virtual ~Person() { cout << "~Person()" << endl; }
};
class Student : public Person {
public:
virtual ~Student() { cout << "~Student()" << endl; }
};
// 只有派生类Student的析构函数重写了Person的析构函数,下面的delete对象调用析构函
//数,才能构成多态,才能保证p1和p2指向的对象正确的调用析构函数。
int main()
{
Person* p1 = new Person;
Person* p2 = new Student;
delete p1;
delete p2;
//~Person()
//~Student()
//~Person()
return 0;
}
2.3多态的构成条件
1. 必须通过基类的指针或者引用调用虚函数2. 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
多态的结果:
多态会根据 指针/引用 指向的对象的类型来调用对应的函数,而不是根据 指针/引用 本身的类型
2.4 C++11 override 和 final
class Car
{
public:
virtual void Drive() final {}
};
class Benz :public Car
{
public:
virtual void Drive() { cout << "Benz-舒适" << endl; }//报错
};
class Car {
public:
virtual void Drive() {}
};
class Benz :public Car {
public:
virtual void Drive() override { cout << "Benz-舒适" << endl; }
};
2.5 重载、重写(覆盖)、重定义(隐藏)的对比
函数重载:
功能:当函数传入不同类型的参数时,执行不同的效果
要求:1.重载的函数要在同一个作用域
2.函数名相同
3.参数列表不同
函数重写:
功能:派生类的虚函数将基类的虚函数重写,以达成多态
要求:1. 两个函数分别处于基类与派生类
2. 函数名相同
3. 参数列表相同
4. 返回值相同
5. 两个函数都是虚函数
函数重定义:
功能:派生类的同名函数屏蔽了基类的同名函数的直接访问
要求:1. 两个函数分别处于基类与派生类
2. 函数名相同(当函数名相同,只要不构成重写,那就是重定义)
3. 抽象类
class Car
{
public:
virtual void Drive() = 0;
};
class Benz :public Car
{
public:
virtual void Drive()
{
cout << "Benz-舒适" << endl;
}
};
class BMW :public Car
{
public:
virtual void Drive()
{
cout << "BMW-操控" << endl;
}
};
void Test()
{
Car* pBenz = new Benz;
pBenz->Drive();
Car* pBMW = new BMW;
pBMW->Drive();
}
4.多态的原理
虚函数重写,是基于虚函数表的。虚函数表是一个用于存储虚函数指针的数组,其用于存储一个类中所有的虚函数指针,简称虚表。
对于一般的类,如果没有虚函数,那么它的函数是不会存储在对象中的。但是虚函数不一样,为了保证可以在对象中确定这个对象对应的函数,我们要想办法在对象中标识出这个对象的虚函数。于是含有虚函数的类,会多出一个指针,这个指针指向虚函数表,而虚函数表内部存储了这个类所有虚函数的地址。而这个指针叫虚函数表指针,简称虚表指针。
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;
}
当我们调用虚函数时,其会通过对象虚函数表指针找到虚函数表,再通过虚函数表定位函数。
将派生类的对象交给基类的 指针/引用 维护时,不会发生拷贝,而是进行一次切片,此时指针依然指向原先的对象,访问虚函数时,通过派生类对象的虚表来访问
当指针/引用指向基类对象:访问基类的虚表,调用重写前的虚函数
当指针/引用指向派生类对象:访问派生类的虚表,调用重写后的虚函数
此时不论是通过基类还是派生类的 指针/引用,都会通过对象本身对应的虚表来调用函数,这样就不会被 指针/引用 影响调用错误了。
那么为什么将派生类的对象切片为基类对象,不能调用到派生类的函数呢?
当我们将一个派生类的对象切片为基类对象,此时不是直接进行拷贝,基类在拷贝派生类中的基类成员时,不会拷贝派生类的虚表,而是用基类自己的虚表。因此当我们将一个派生类对象切片为基类对象,由于虚表不是派生类的虚表,所以访问到的虚函数是基类的虚函数,无法构成多态。
虚表的特性:
1. 虚表在编译阶段生成
2. 虚表存储在代码段(常量区)中
3. 只有虚函数才进虚表,普通函数不会进入虚表
4. 虚表指针在构造函数的初始化列表中完成的初始化
动态绑定与静态绑定
5. 查看单继承和多继承中的虚函数表
class Base {
public:
virtual void func1() { cout << "Base::func1" << endl; }
virtual void func2() { cout << "Base::func2" << endl; }
private:
int a;
};
class Derive :public Base {
public:
virtual void func1() { cout << "Derive::func1" << endl; }
virtual void func3() { cout << "Derive::func3" << endl; }
virtual void func4() { cout << "Derive::func4" << endl; }
private:
int b;
};
typedef void(*VFPTR) ();
void PrintVTable(VFPTR vTable[])
{
// 依次取虚表中的虚函数指针打印并调用。调用就可以看出存的是哪个函数
cout << " 虚表地址>" << vTable << endl;
for (int i = 0; vTable[i] != nullptr; ++i)
{
printf(" 第%d个虚函数地址 :0X%x,->", i, vTable[i]);
VFPTR f = vTable[i];
f();
}
cout << endl;
}
int main()
{
Base b;
Derive d;
// 思路:取出b、d对象的头4bytes,就是虚表的指针,前面我们说了虚函数表本质是一
//个存虚函数指针的指针数组,这个数组最后面放了一个nullptr
// 1.先取b的地址,强转成一个int*的指针
// 2.再解引用取值,就取到了b对象头4bytes的值,这个值就是指向虚表的指针
// 3.再强转成VFPTR*,因为虚表就是一个存VFPTR类型(虚函数指针类型)的数组。
// 4.虚表指针传递给PrintVTable进行打印虚表
// 5.需要说明的是这个打印虚表的代码经常会崩溃,因为编译器有时对虚表的处理
//不干净,虚表最后面没有放nullptr,导致越界,这是编译器的问题。我们只需要
//点目录栏的 - 生成 - 清理解决方案,再编译就好了。
VFPTR * vTableb = (VFPTR*)(*(int*)&b);
PrintVTable(vTableb);
VFPTR* vTabled = (VFPTR*)(*(int*)&d);
PrintVTable(vTabled);
return 0;
}