C++: 多态

news2024/11/16 18:59:55

1.多态的概念

1.1概念

多态: 是面向对象编程中的一个重要概念，它允许不同的对象以一种统一的方式进行操作。

具体点就是去完成某个行为，当不同的对象去完成时会产生出不同的状态

多态性使得可以使用相同的接口来处理不同的数据类型，而无需关心具体的数据类型。

--静态多态

一般指的是函数重载, 通过函数名修饰规则, 在编译的时候进行相关匹配

--动态的多态

运行后去虚表当中找, 与指向的对象有关, 指向谁就调用谁

2.多态的定义及使用

2.1多态构成的条件

1.虚函数的重写 -- 三同(返回值, 函数名,参数)

--例外(协变):返回值可以不同, 但必须是父子关系的指针或者引用

--例外:子类的虚函数可以不+virtual

2.父类的指针或引用调用

2.2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;}
};

2.3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。
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; }
    //在重写基类虚函数时，派生类的虚函数可以不加virtual关键字
    //因为派生类继承了基类的虚函数属性(但不建议这么用)
};

--例外

1.协变

派生类重写基类虚函数时，与基类虚函数返回值类型不同,但必须是父子关系的指针或者引用
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;}
};

2.析构函数

因为编译器对派生类的析构函数进行了特殊处理, 全部都处理为destructor

--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
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
Person* p1 = new Person;
Person* p2 = new Student;
delete p1;
delete p2;

2.4C++11中的override与final

1. 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 {}
};

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

2. 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-舒适" << endl;}
};

2.5重载, 重写(覆盖), 重定义(隐藏)的对比

3抽象类

3.1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）
class Car
{
public:
    virtual void Drive() = 0;
};

3.2接口继承与实现继承

--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。

3.3抽象类的作用

1.抽象类不能实例化出对象。派生类继承后也不能实例化出对象，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，

2.纯虚函数更体现出了接口继承。

4.原理

4.1虚函数表

虚函数表: 是一个指针数组, 存放指向虚函数的指针. 当一个类里有虚函数的时候,会有一个虚表指针, 用来指向这个虚表

同一类的对象共用一个虚表

1.虚表是在什么阶段生成的? --编译的时候

2.对象中的虚表指针什么时候初始化的? --构造函数的初始化列表

3.虚表存在哪里? 常量区

4.2多态的原理

通过虚表完成:

--如果不满足多态看调用者的类型, 调用这个类型的成员函数

--如果满足多态看指向的对象的类型, 调用这个类型的成员函数

满足多态以后的函数调用，不是在编译时确定的，是运行起来以后到对象的中去找的。

不满足多态的函数调用时, 用编译时确认好的

4.3动态绑定与静态绑定

1. 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

2. 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。

5.总结

1. inline函数可以是虚函数吗？

--可以，不过编译器就忽略inline属性，这个函数就不再是inline，因为虚函数要放到虚表中去。

2. 静态成员可以是虚函数吗？

--不能，因为静态成员函数没有this指针，使用类型::成员函数的调用方式无法访问虚函数表，所以静态成员函数无法放进虚函数表。

3. 构造函数可以是虚函数吗？

--不能，因为对象中的虚函数表指针是在构造函数初始化列表阶段才初始化的。

4. 析构函数可以是虚函数吗？什么场景下析构函数是虚函数？

--可以，并且最好把基类的析构函数定义成虚函数。基类指针指向派生类对象

5. 对象访问普通函数快还是虚函数更快？

--如果是普通对象，是一样快的。如果是指针对象或者是引用对象，则调用的普通函数快，因为多态调用，运行时调用虚函数需要到虚函数表中去查找。