【C++】一文简练总结【多态】及其底层原理＆具体应用（21）

news2024/11/23 19:32:38

前言

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一.多态的概念
二.多态的实现
- 1）虚函数&虚函数表
- 2）虚函数的重写（覆盖）
- 3）多态的构成条件
- 4）虚函数重写的两种特殊情况：
- - - 【1】协变：(基类与派生类虚函数返回值类型不同)
    - 【2】析构函数的重写：(基类与派生类析构函数的名字不同）
三.【override】【final】关键字——帮助用户检测是否重写(C++11)
- - 【1】 final：表示虚函数不能被重写，被重写即报错
  - 【2】override：检查虚函数是否重写了别的虚函数，重写了即报错
四. 多态的具体应用：抽象类（接口类)(纯虚函数类）
- - 1）利用 [ 只有重写纯虚函数派生类才能实例化出对象 ] 性质
  - 2）实现继承与接口继承

一.多态的概念

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。
例：iphone和安卓手机用户打车同程不同价

二.多态的实现

1）虚函数&虚函数表

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;}
};

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。
虚函数表：虚函数表存的是虚函数指针，不是虚函数，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函数表中。
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

2）虚函数的重写（覆盖）

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。

3）多态的构成条件

必须通过 基类的指针 来引用调用虚函数
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

                                           //多态条件2：被调用的函数 必须是虚函数
class Person {
public:
 virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};
class Student : public Person {
public:                                   //多态条件2：派生类必须对基类的虚函数进行重写
 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，虽然也可以构成重写(因
为继承后基类的虚函数被继承下来了在派生类依旧保持虚函数属性),但是该种写法不是很规范，不建议
这样使用*/
/*void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }*/
};


void Func(Person& p)       //多态条件1：必须通过基类的指针来“引用”调用虚函数
{ 
p.BuyTicket(); 
}


int main()
{
Person ps;
Student st;
Func(ps);
Func(st);
 return 0;
}

4）虚函数重写的两种特殊情况：

【1】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 。即如下代码所示：【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】，称为协变

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。虽然函数名不相同【~Person() 】【~Student() 】，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 。

class Person {
public:                  //基类的析构函数为虚函数
 virtual ~Person() {cout << "~Person()" << endl;}
};

class Student : public Person {
public:
  //~Student() { cout << "~Student()" << endl; 不加virtual也行
 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;
 return 0;
}

三.【override】【final】关键字——帮助用户检测是否重写(C++11)

从上面可以看出，C++对函数重写的要求比较严格，但是有些情况下由于疏忽，可能会导致函数
名字母次序写反而无法构成重载，而这种错误在编译期间是不会报出的，只有在程序运行时没有
得到预期结果才来debug会得不偿失，因此：C++11从两个角度提供了 override 和 final 两个关键字，可以帮
助用户检测是否重写。
final：表示虚函数不能被重写，被重写即报错
override：检查虚函数是否重写了别的虚函数，重写了即报错

【1】 final：表示虚函数不能被重写，被重写即报错

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

【2】override：检查虚函数是否重写了别的虚函数，重写了即报错

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

四. 多态的具体应用：抽象类（接口类)(纯虚函数类）

1）利用 [ 只有重写纯虚函数派生类才能实例化出对象 ] 性质

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。

class Car
{
public:
virtual void Drive() = 0;         //在虚函数的后面写上 =0,这个函数为 纯虚函数
};

class Benz :public Car
{
public:
 virtual void Drive()
 {
 cout << "Benz-舒适" << endl;  //只有 [ 重写纯虚函数 ] ，派生类才能实例化出对象
 }
};

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();
}