【C++从小白到大牛】多态那些事儿（上）

news2024/11/20 21:19:44

一、多态的概念

1.1概念:

通俗来说，就是多种形态，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。

二、多态的定义及实现

2.1多态的构成条件

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。

在继承中要多态还要两个条件

父类指针或引用去调用虚函数，这样才能保证传父类对象调用的就是父类的虚函数，传子类对象，调用的是子类的虚函数（调用子类传子类利用切片的原理）
虚函数完成重写：父子类中的两个虚函数，三同（函数名、参数、返回值）这样父子类的两个虚函数才能构成重写

可以将重写理解为隐藏的子集，因为隐藏仅要求函数名相同

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; }
/*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)
{ p.BuyTicket(); }

2.4虚函数重写的两个例外：

1. 协变(基类与派生类虚函数返回值类型不同)（了解不重要）

协变，虚函数返回值可以不同，返回值要求必须是父子类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. 析构函数的重写(基类与派生类析构函数的名字不同)

普通调用：看指针或者引用或者对象的类型

多态调用：看指针或者引用指向的对象

我们希望上面的特殊情况是多态调用，如果是普通调用，会造成内存泄漏（student对象没有析构，如下图）。

所以我们如何才能变成多态调用呢？

在子类和基类的析构函数都加上virtual构成重写，变为多态调用。那这里违反重写的规则，函数名都不相同，怎么能构成重写呢？

答：

虽然函数名不相同，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！

TIP：特殊情况

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。

2.5、关于父类子类virtual加与不加

虚函数重写时，父类虚函数加了virtual，子类不加，也构成重写；但是如果父类不加virtual，就不构成重写。

建议：两个虚函数都加上virtual

2.6 C++11 override 和 ﬁnal

final 关键字的两个作用：

其一是final修饰的类是最终类，不能被继承

注意实现一个类，这个类不能被继承还有一种方法：让父类构造函数私有化，派生类实例化不出对象。

其二是修饰虚函数，表示该虚函数不能再被重写

override: 检查派生类虚函数是否重写了基类某个虚函数，如果没有重写编译就会报错。

2.7重载、覆盖（重写）、隐藏（重定义）的对比

重载：

两个函数在同一作用域
函数名相同，参数不同

重写（覆盖）

两个函数分别在基类和派生类的作用域
函数名/参数/返回值都必须相同（协变例外）
两个函数都必须是虚函数

重定义（隐藏）

两个函数分别在基类和派生类的作用域
函数名相同
两个基类和派生类的同名函数不构成重写就是重定义

四、多态的原理

4.1虚函数表

先做一道笔试题：

// 这里常考一道笔试题：sizeof(Base)是多少？
class Base
{
public:
 virtual void Func1()
 {
 cout << "Func1()" << endl;
 }
private:
 int _b = 1;
};

通过观察测试我们发现b对象是8bytes。

除了_b成员，还多一个__vfptr指针，也就是虚函数表指针，这个表本质上是一个函数指针的数组

vfptr是存放函数指针的数组，就是将虚函数的指针存进去。

虚函数的重写也叫做覆盖，重写是语法层的概念，覆盖是原理层的概念。

形象的记忆：

比如上图，子类将父类的拷贝过来，然后虚表重写的部分将原先父类虚表的部分进行一个覆盖。

具体如何实现多态调用和普通调用？

多态调用：

运行时去虚函数表中找函数的地址，进行调用，所以指向父类调用的是父类虚函数，指向子类调用的是子类虚函数。

普通调用：

编译时，通过调用者类型确定函数地址。

面试题解析：

解析：

首先我们看到B继承A，那么B里面的func函数和A里面的func函数构不构成重写呢？

函数名相同，返回值相同，参数类型相同（注意看参数是否相同，就是看类型，与变量名、缺省值无关！）并且父类是虚函数，所以构成重写！

接着我们看到p->test()，直接调用到了父类test()里面的func()函数，那么这里this指针是A* or B*呢，因为此时的test()是在父类，因此是A*，（如果是B*子类，那就不满足多态的条件必须是父类，所以不满足多态）所以这里的func函数构成了多态，因此是多态调用，所以是指针/引用指向的类型，因此调用B里面的func函数，所以答案是D嘛？

但真正的答案是B。

原因是多态调用，重写是实现重写，会将父类的函数声明与子类进行组合，因此val的值就是父类的1，因此答案是B！