C++:线上课程2_12（多态和虚函数）

news2024/11/27 15:31:28

文章目录

  • 一、多态
    • 1.多态定义
    • 2.多态分类
      • 2.1编译时的多态
      • 2.2运行时的多态
  • 二、虚函数
    • 1.定义
    • 2.成员函数与虚函数
    • 3.为什么构造函数（移动构造函数，拷贝构造函数）不可以定义为虚函数？
    • 4.示例
    • 5.对象和指针和引用调用
    • 6.虚表分配
    • 7.this指针调动示例
    • 8.虚函数调用关系示例

一、多态

1.多态定义

多态性是面向对象程序设计的关键技术之一。若程序设计语言不支持多态性，不能称为面向对象的语言。利用多态性技术，可以调用同一个函数名的函数，实现完全不同的功能。

2.多态分类

2.1编译时的多态

（早期绑定）名字粉碎技术实现

通过函数的重载和运算符的重载来实现的
示例：

int Max(int a, int b)
{
	return a > b ? a : b;
}
char Max(char a, char b)
{
	return a > b ? a : b;
}
int main()
{
	int x = Max(12, 23);
	char ch = Max('c', 'b');
	double dx = Max(12.23, 34.45);
	return 0;
}

2.2运行时的多态

（晚期绑定）虚函数
运行时的多态性是指在程序执行前，无法根据函数名和参数来确定该调用哪一个函数，必须在程序执行过程中，根据执行的具体情况来动态地确定。它是通过类继承关系public和虚函数来实现的。目的也是建立一种通用的程序。通用性是程序追求的主要目标之一。
① 公有继承
② 必须有virtual关键字
③ 引用或者指针返回

示例：

#include<iostream>
#include<list>
#include<type_traits>
#include<initializer_list>
#include<string>
using namespace std;
class Animal
{
private:
    string name;
public:
    Animal(const string& na) :name(na) {}
public:
    virtual void eat() {}
    virtual void walk() {}
    virtual void tail() {}
    virtual void PrintInfo() {}

    string& get_name() { return name; }
    const string& get_name() const { return name; }
};
class Dog :public Animal
{
private:
    string owner;
public:
    Dog(const string& ow, const string na) :Animal(na), owner(ow) {}
    virtual void eat()
    {
        cout << "Dog Eat:bone" << endl;
    }
    virtual void walk()
    {
        cout << "Dog Walk:run" << endl;
    }
    virtual void tail()
    {
        cout << "Dog Tail:wang wang" << endl;
    }
    virtual void PrintInfo()
    {
        cout << "Dog owner: " << owner << endl;
        cout << "Dog name: " << get_name() << endl;
    }
};
class Cat :public Animal
{
private:
    string owner;
public:
    Cat(const string& ow, const string na) :Animal(na), owner(ow) {}
    virtual void eat()
    {
        cout << "Dog Eat:fish" << endl;
    }
    virtual void walk()
    {
        cout << "Dog Walk:silent" << endl;
    }
    virtual void tail()
    {
        cout << "Dog Tail:miao miao" << endl;
    }
    virtual void PrintInfo()
    {
        cout << "Dog owner: " << owner << endl;
        cout << "Dog name: " << get_name() << endl;
    }
};
void fun(Animal& animal)
{
    animal.eat();
    animal.walk();
    animal.tail();
    animal.PrintInfo();
}
int main()
{
    Dog dog("yhping", "hashiqi");
    Cat cat("hm", "Persian");

    fun(dog);
    fun(cat);
    return 0;
}

在这里插入图片描述

二、虚函数

1.定义

虚函数是一个类的成员函数：
virtual 返回类型 函数名 （参数表）

关键字virtual 指明该成员函数为虚函数。virtual 仅用于类定义中，如虚函数在类外定义，可不加virtual。
当一个类的成员函数被定义为虚函数，则由该类派生出来的所有派生类中，该函数始终保持虚函数的特性。

2.成员函数与虚函数

成员函数应尽可能地设置为虚函数，但必须注意以下几条：
（1）派生类中定义虚函数必须与基类中的虚函数同名外，还必须同参数表，同返回类型。否则被认为是重载，而不是虚函数。

class Object
{
public:
    virtual void fun(){}
};
class Base :public Object
{
public:
    virtual void fun(int x) {}
};

如基类中返回基类指针，派生类中返回派生类指针是允许的，这是一个例外。

class Object
{
public:
    virtual Object* fun() {}
};
class Base :public Object
{
public:
    virtual Base* fun(int x) {}
};

（2）只有类的成员函数才能说明为虚函数。这是因为虚函数仅适用于有继承关系的类对象
（3）静态成员函数，是所有同一类对象共有，不受限于某个对象，不能作为虚函数。
（4）实现动态多态性时，必须使用基类类型的指针变量或引用，使该指针指向该基类的不同派生类的对象，并通过该指针指向虚函数，才能实现动态的多态性。
（5）内联函数每个对象一个拷贝，无映射关系，不能作为虚函数。
（6）析构函数可定义为虚函数，构造函数不能定义虚函数，因为在调用构造函数时对象还没有完成实例化。在基类中及其派生类中都动态分配的内存空间时，必须把析构函数定义为虚函数，实现撤消对象时的多态性。
（7）函数执行速度要稍慢一些。为了实现多态性，每一个派生类中均要保存相应虚函数的入口地址表，函数的调用机制也是间接实现。所以多态性总是要付出一定代价，但通用性是一个更高的目标。
（8）如果定义放在类外itual 只能加在函数声明前面，不能(再)加在函数定义前面。正确的定义必须不包括virtual。

3.为什么构造函数（移动构造函数，拷贝构造函数）不可以定义为虚函数？

因为在构建虚表之前要先查询构造函数，如果构造函数未定义，那么虚函数就不可以继续。

4.示例

#include<iostream>
#include<list>
#include<type_traits>
#include<initializer_list>
#include<string>
using namespace std;
class Object
{
private:
    int value;
public:
    Object(int x = 0) :value(x) {}
    virtual void add()
    {
        cout << "Object::add" << endl;
    }
    virtual void fun()
    {
        cout << "Obect::fun" << endl;
    }
    virtual void print() const
    {
        cout << "Object::print" << endl;
    }
};
class Base :public Object
{
private:
    int sum;
public:
    Base(int x = 0) :Object(x + 10),sum(x) 
    {

    }
    virtual void add()
    {
        cout << "Base::add" << endl;
    }
    virtual void fun()
    {
        cout << "Base::fun" << endl;
    }
    virtual void print() const
    {
        cout << "Base::print" << endl;
    }
};
int main()
{
    Base base(10);
    Object* op = &base;

    return 0;
}

在这里插入图片描述

5.对象和指针和引用调用

class Object
{
private:
    int value;
public:
    Object(int x = 0) :value(x) {}
    virtual void add()
    {
        cout << "Object::add" << endl;
    }
    virtual void fun()
    {
        cout << "Obect::fun" << endl;
    }
    virtual void print() const
    {
        cout << "Object::print" << endl;
    }
};
class Base :public Object
{
private:
    int sum;
public:
    Base(int x = 0) :Object(x + 10),sum(x) 
    {

    }
    virtual void add()
    {
        cout << "Base::add" << endl;
    }
    virtual void fun()
    {
        cout << "Base::fun" << endl;
    }
    virtual void print() const
    {
        cout << "Base::print" << endl;
    }
};
int main()
{
    Base base(10);
    Object* op = &base;
    Object obj(0);

    //如果用指针或者引用调动虚方法，采取动态编联的方法（在运行时候确定调用关系）
    op = &base;
    op->add();
    op->fun();
    op->print();

    //如果用对象调动虚方法，采取静态编联的方法（编译时期确定对象和方法进行结合）
    obj = base;
    obj.add();
    obj.fun();
    obj.print();

    return 0;
}

6.虚表分配

编译时期加载虚表

#include<iostream>
#include<list>
#include<type_traits>
#include<initializer_list>
#include<string>
using namespace std;
class Object
{
private:
    int value;
public:
    Object(int x = 0) :value(x) {}
    virtual void add()
    {
        cout << "Object::add" << endl;
    }
    virtual void fun()
    {
        cout << "Obect::fun" << endl;
    }
    virtual void print() const
    {
        cout << "Object::print" << endl;
    }
};
class Base :public Object
{
private:
    int sum;
public:
    Base(int x = 0) :Object(x + 10),sum(x) {}
    virtual void add()
    {
        cout << "Base::add" << endl;
    }
    virtual void fun()
    {
        cout << "Base::fun" << endl;
    }
    virtual void print() const
    {
        cout << "Base::show" << endl;
    }
};
class Test :public Base
{
private:
    int num;
public:
    Test(int x=0) :Base(x+10) {}
    virtual void add()
    {
        cout << "Tset::add" << endl;
    }
    virtual void print() const
    {
        cout << "Test::print" << endl;
    }
    virtual void show()
    {
        cout << "Test::show" << endl;
    }
};

7.this指针调动示例

class Object
{
private:
    int value;
public:
    Object(int x = 0) :value(x) {}
    virtual void add()
    {
        cout << "Object::add" << endl;
    }
    virtual void fun()
    {
        cout << "Obect::fun" << endl;
    }
    virtual void print() const
    {
        cout << "Object::print" << endl;
    }
    void fn_a()
    {
        fun();//系统默认为this指针调动
    }
};
class Base :public Object
{
private:
    int sum;
public:
    Base(int x = 0) :Object(x + 10),sum(x) {}
    virtual void add()
    {
        cout << "Base::add" << endl;
    }
    virtual void fun()
    {
        cout << "Base::fun" << endl;
    }
    virtual void print() const
    {
        cout << "Base::show" << endl;
    }
};
class Test :public Base
{
private:
    int num;
public:
    Test(int x=0) :Base(x+10) {}
    virtual void add()
    {
        cout << "Tset::add" << endl;
    }
    virtual void print() const
    {
        cout << "Test::print" << endl;
    }
    virtual void show()
    {
        cout << "Test::show" << endl;
    }
};
int main()
{
    Test t1;
    Base base;
    Object obj;

    t1.fn_a();
    base.fn_a();
    obj.fn_a();
    return 0;
}

8.虚函数调用关系示例

const  float pi = 3.14;

typedef struct _Ops
{
	float (*area)(void*);
}Ops;

typedef struct _Shape
{
	Ops ops;
}Shape;

typedef struct _Square
{
	Shape shape;
	float length;
}Square;

typedef struct _Circle
{
	Shape shape;
	float radius;
}Circle;

float square_area(void* thiz)
{
	if (thiz == NULL) return -1;
	printf("Square area: \n");
	Square* sp = (Square*)thiz;
	float area = sp->length * sp->length;
	return area;
}

float circle_area(void* thiz)
{
	if (thiz == NULL) return -1;
	printf("Circle area: \n");
	Circle* sp = (Circle*)thiz;
	float area = sp->radius * sp->radius * pi;
	return area;
}

int main()
{
	Square square;
	memset(&square, 0, sizeof(Square));
	square.length = 10;
	square.shape.ops.area = square_area;

	Circle circle;
	memset(&circle, 0, sizeof(Circle));
	circle.radius = 10;
	circle.shape.ops.area = circle_area;

	Shape* shape = NULL;
	shape = (Shape*)&square;
	cout << shape->ops.area(&square) << endl;


	shape = (Shape*)&circle;
	cout << shape->ops.area(&circle) << endl;
	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

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