【C++第十二课-多态】多态概念、多态原理

news2024/9/21 16:42:35

多态的概念
- 概念
- 多态形成的条件
- - 虚函数的重写
  - 虚函数重写的两个例外
- 多态的题目
- C++11增加的关于多态的关键字
- - final
  - override
多态原理
- 虚函数表指针 vfptr
- 多态的实现
- 静态绑定和动态绑定
- 打印虚函数表
- 补充
抽象类
- 概念
- 接口继承和实现继承

多态的概念

概念

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。-- 这种场景就可以使用多态
多态调用的情况下，是实现重写

多态形成的条件

虚函数的重写

virtual在继承中是虚继承，用这个关键字修饰函数就是虚函数
virtual只能修饰成员函数

父子类中两个虚函数，三同（函数名，参数，返回值），此时构成虚函数的重新
父类的指针或引用去调用虚函数，传的是父类掉父类的，传子类掉子类的（切片）

class Person
{
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};
class Student :public Person
{
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-75折" << endl; }
};

class Soldier :public Person
{
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-免费" << endl; }
};
void Func(Person& p)
{
	p.BuyTicket();
}


int main()
{
	Person p1;
	cout << "Person:";
	Func(p1);
	Student stu;
	cout << "Student:";
	Func(stu);
	Soldier sol;
	cout << "Soldier:";
	Func(sol);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

虚函数重写的两个例外

（1）协变：虚函数返回值可以不同，这个返回值要求必须是父子类关系的指针或引用

不满足重写就是隐藏
重载：在同一作用域，函数名相同参数不同，与返回值无关

class A {

};
class B :public A
{

};
class Person
{
public:
	virtual A* BuyTicket() 
	{
		cout << "买票-全价" << endl;
		return new A;
	}
};
class Student :public Person
{
public:
	virtual B* BuyTicket() 
	{ 
		cout << "买票-75折" << endl;
		return new B;
	}
};

void f2()
{
	Person* p = new Student;
	p->BuyTicket();
}

int main()
{
	f2();
	return 0;
}

在这里插入图片描述
（2）析构函数的重写（基类和派生类析构函数的名字不同）
析构函数的名字的特殊处理，及其析构函数建议加virtual
下面这样的析构是正确的

下面这种情况按道理来说应该是

在这里插入图片描述

这样会造成p2所指向的内容会有内存泄漏的风险

普通调用：看指针或引用或对象的类型
多态调用：看指针或引用指向的对象
上图的情况适合多态调用，看指针指向的对象去进行delete

在这里插入图片描述
（3）虚函数重写时，父类函数加了virtual，子类不加也构成重写

BuyTicket()在父类中没有virtual，在子类中有virtual。但这样不是重写，只构成了隐藏

在这里插入图片描述
父类的BuyTicket()有virtual，子类的没有，也可以构成重写
函数的接口继承了下来，只重写了实现，与父类形成了重写

多态的题目

1、
在这里插入图片描述

C++11增加的关于多态的关键字

final

1、修饰虚函数，表示该虚函数不能再被重写
在这里插入图片描述

2、实现一共类，这个类不能被继承
（1）父类构造函数私有化，派生实例化不出对象

只对成员函数等私有化是不可以的，公有继承碰私有，只是不可见，还是可以被继承，只有再下一代才不能被继承

B类对象实例化的时候需要调用A类的构造函数，但A类构造函数私有化

在这里插入图片描述
（2）C++11，final修饰的类为最终类，不能被继承

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。

在这里插入图片描述

多态原理

虚函数表指针 vfptr

Person类的成员变量只有int，但其大小确实8？
在这里插入图片描述

因为Person类里面有虚函数，类里面会多一个虚函数表指针（虚表指针）指向虚函数表

虚函数表实际上是个指针数组

在这里插入图片描述

多态的实现

对于子类来说，他对BuyTicket函数进行了重写，同时更改了虚函数表里对应的内容

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

在这里插入图片描述

多态调用：运行时去指向对象的虚函数表中找函数的地址，进行调用，所以指向父类调的是父类虚函数，指向子类调用的是子类虚函数
普通调用：编译时，符号表找到函数地址，通过调用者类型确定函数地址

静态绑定和动态绑定

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。

打印虚函数表

class Base
{
public:
	virtual void func1()
	{
		cout << "Base::func1()" << endl;
	}
	virtual void func2()
	{
		cout << "Base::func2()" << endl;
	}
private:
	int _i = 1;
};
class Drive :public Base
{
public:
	virtual void func1()
	{
		cout << "Drive::func1()" << endl;
	}
	virtual void func3()
	{
		cout << "Drive::func3()" << endl;
	}
private:
	int _j = 1;
};

typedef void(*VF_ptr)();
void PrintVFT(VF_ptr vft[])
{
	printf("%p\n", vft);
	for (size_t i = 0; vft[i] != nullptr; i++)
	{
		printf("[%d]:%p", i, vft[i]);
		VF_ptr f = vft[i];
		f();
	}
}

int main()
{
	Base bb;
	Drive dd;
	Base* pb = &bb;
	Drive* pd = &dd;
	PrintVFT((VF_ptr*)(*(int*)pd));
	return 0;
}

在这里插入图片描述

补充

1、虚函数表存放在哪个区域（栈、堆、静态区/全局数据段、常量区/只读数据段）？常量区
2、虚表是编译时生成的
3、虚表指针构造函数的初始化列表最开始时生成的
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

Base1里面有个虚表指针，Base2里面有个虚表指针。Drive里面共有两张虚表。
func3（）倾向于放在Base1的虚表或者两个虚表都放

抽象类

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），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。

纯虚函数的使用
1、某些情况下不希望父类生成派生类
2、强制要求派生类对于某个虚函数进行重写

在这里插入图片描述

class car
{
public:
	virtual void drive() = 0;
};

class BMW :public car
{
public:
	virtual void drive() { cout << "BMW->操作" << endl; }
};

class Benz :public car
{
public:
	virtual void drive() { cout << "Benz->舒适" << endl; }
};