C++语法（16）---- 多态

news2024/10/3 2:17:52

https://blog.csdn.net/m0_63488627/article/details/130106690?spm=1001.2014.3001.5501https://blog.csdn.net/m0_63488627/article/details/130106690?spm=1001.2014.3001.5501

目录

1. 多态的概念

2.多态的实现

1.虚函数

2.多态条件

得到的多态条件

特殊条件

3.虚函数析构函数

4.override和final

 3.抽象类

1.概念

2.接口继承和实现继承

4.多态的原理

1.虚函数表

2.父子类虚表关系

3.多态的实现原理

1.静态绑定和态绑定

2.父子在多态调用的原理

3.虚表重要记忆点

5.单继承和多继承的多态

单继承

多继承

菱形继承

菱形虚拟继承

1. 多态的概念

1.概念

多态：就是多种形态，传不同的对象处理，会出现不同的状态

例子如，学生买票半价，普通人买票全价，军人优先买票

辨析：函数重载是通过传入不同的参数，随后能调用不同的同名函数；而多态是面对不同的对象出现不同的行为进行处理

2.多态的实现

1.虚函数

class Person 
{
public:
    //虚函数
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};

class Student :public Person
{
public:
    //虚函数
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }
};

虚函数构成重写，也叫做覆盖；

三同：函数名相同，参数相同，返回值相同。

如果不是虚函数，则两个函数构成隐藏；

2.多态条件

得到的多态条件

1.类继承

2.虚函数重写

3.父类指针或者引用调用虚函数

void Func(Person& p)
{
	p.BuyTicket();
}

void Func(Person* p)
{
	p->BuyTicket();
}

比较

普通调用：跟调用对象类型有关，传入对象，运行的是对象中的函数

多态调用：与指向对象有关，指向父类调用父类虚函数，指向子类调用子类虚函数

void Func(Person p)
{
	p.BuyTicket();
}

特殊条件

1.子类可以不加virtual关键字，只要父类有virtual那依然是虚函数

2.协变：三同中，返回值可以不同，都是要求返回值为一个父子类关系的指针或者引用

 此外，传出其他类的父子关系的指针或者引用也可以。

破坏多态条件：

1.父类没有virtual那就破坏了虚函数，调用为普通调用

2.取消引用和指针，就算是虚函数也会变为普通调用

3.虚函数析构函数

推荐：在继承中，将析构函数作为虚函数

原因：

class Person 
{
public:
	~Person()
	{
		cout << "Person delete:" << _p << endl;
		delete _p;
	}
protected:
	int* _p = new int[10];
};

class Student :public Person
{
public:
	~Student()
	{
		cout << "Student delete:" << _s << endl;
		delete _s;
	}
protected:
	int* _s = new int[10];
};

 1.如果是传统的，对象的作用域结束调用析构，父子类都没什么问题。

2.但是如果我们用到了指针，那么会出现问题，其调用就是普通调用，不会指定全部删除；因为析构函数父子同名重定义，那么当传入指针进行析构，那自然是普通调用，父类普通调用还好，可能能清除；但是子类使用父类的指针或者引用则一定只调用了父类的析构。

3.所以，析构函数作为虚函数，那么指针析构，指向的是父类就父类析构，子类就子类析构

修改：

class Person 
{
public:
	virtual ~Person()
	{
		cout << "Person delete:" << _p << endl;
		delete _p;
	}
protected:
	int* _p = new int[10];
};

class Student :public Person
{
public:
	virtual ~Student()
	{
		cout << "Student delete:" << _s << endl;
		delete _s;
	}
protected:
	int* _s = new int[10];
};

满足三同原则，为重写，指向父类调父类，指向子类调子类 

结论：写继承，无脑给父类的析构写virtual关键字

4.override和final

如何实现出一个不被继承的类

1.构造函数设为私有；原因是子类需要父类的构造但是父类的构造设为私有无法访问；那么就无法被继承了 -- 此外析构私有不太行，虽然不能直接构造，但是可以new出来指针，绕过了判断

2.类定义时加final关键字，该类称为最终类

class A final
{ };

此外，final也可以修饰虚函数，这样函数就不能被重写。

class A final
{ 
    virtual func final();
};

override:检查函数是否完成了重写

class A
{ 
    virtual func final(int);
};

class B : public A
{ 
    virtual func final() override;
};

 3.抽象类

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。

1.抽象类不能实例化出对象

2.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。

在我看来，抽象类算是一种模板，如果想继承该模板，必须重写虚函数后可以实例化。那么现实中一个不存在的概念性的对象，可以用抽象类定义。

2.接口继承和实现继承

1.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。

2.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。

class A
{
public:
    virtual void func(int val = 1){ std::cout<<"A->"<< val <<std::endl;}
    virtual void test(){ func();}
};

class B : public A
{
public:
    void func(int val=0){ std::cout<<"B->"<< val <<std::endl; }
};

int main(int argc ,char* argv[])
{
    B*p = new B;
    p->test();
    return 0;
}

A: A->0 B: B->1 C: A->1 D: B->0 E: 编译出错 F: 以上都不正确

p调用的test()是B从A中继承的，那么test中调用func函数，是this指针调用的，this是test的指针即A的指针，但是A指针是p切割后得到的，那么func是满足虚函数要求，调用func时是B的函数是多态情况，但是要知道虚函数是接口继承，可认为A中func函数被替换为B中的，但是val=1没有变，所以答案选B

4.多态的原理

1.虚函数表

class Base
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		cout << "Func1()" << endl;
	}
private:
	int _b = 1;
};

int main()
{
	cout << sizeof(Base) << endl;
	return 0;
}

虚表指针指向虚表，虚表存放虚函数的地址，有几个虚函数就有几个虚函数地址存储

2.父子类虚表关系

1.父类结构其实跟上面说的一样，一个虚表指针指向虚表，虚表里有虚函数地址

2.子类继承了父类，那子类中的父类有虚指针，但是虚表的内容发生变化；拷贝父类，将完成重写的虚函数进行覆盖，覆盖原来指向

3.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。

3.多态的实现原理

1.静态绑定和态绑定

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，普通调用
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。

静态调用：就是编译器能确定调用的函数，以至于它call的是函数的地址

动态调用：编译器看不出来，需要算出函数的地址，再调用之

2.父子在多态调用的原理

1.对于一个指针指向无论是父类还是子类，指针能读到的都是父类的那一部分

2.父类的虚表就是上面说过的那样的，子类是覆盖了虚表

3.调用方式都是取虚表指针，在虚表中找到虚函数的地址取实现调用

4.也就是说，多态的实现取决于虚表

3.虚表重要记忆点

1.虚表放在常量区/代码段

2.同一个类型的虚表是一样，不同类型的虚表是不一样的

5.单继承和多继承的多态

单继承

class Base {
public:
	virtual void func1() { cout << "Base::func1" << endl; }
	virtual void func2() { cout << "Base::func2" << endl; }
private:
	int _a;
};

class Derive :public Base {
public:
	virtual void func1() { cout << "Derive::func1" << endl; }
	virtual void func3() { cout << "Derive::func3" << endl; }
private:
	int _b;
};

typedef void(*VFPTR) ();
void PrintVTable(VFPTR vTable[],int num)
{
	cout << " 虚表地址>" << vTable << endl;
	for (int i = 0; i<num; ++i)
	{
		printf(" 第%d个虚函数地址 :0X%x,->", i, vTable[i]);
		VFPTR f = vTable[i];
		f();
	}
	cout << endl;
}

int main()
{
	Base b;
	Derive d;
	VFPTR * vTableb = (VFPTR*)(*(void**)&b);
	PrintVTable(vTableb,2);
	VFPTR* vTabled = (VFPTR*)(*(void**)&d);
	PrintVTable(vTabled,3);
	return 0;
}

此时我们发现：子类没有构成虚函数的函数也在虚表中 

多继承

class Base1 {
public:
	virtual void func1() { cout << "Base1::func1" << endl; }
	virtual void func2() { cout << "Base1::func2" << endl; }
private:
	int b1;
};

class Base2 {
public:
	virtual void func1() { cout << "Base2::func1" << endl; }
	virtual void func2() { cout << "Base2::func2" << endl; }
private:
		int b2;
};

class Derive : public Base1, public Base2 {
public:
	virtual void func1() { cout << "Derive::func1" << endl; }
	virtual void func3() { cout << "Derive::func3" << endl; }
private:
	int d1;
};
typedef void(*VFPTR) ();
void PrintVTable(VFPTR vTable[])
{
	cout << " 虚表地址>" << vTable << endl;
	for (int i = 0; vTable[i] != nullptr; ++i)
	{
		printf(" 第%d个虚函数地址 :0X%x,->", i, vTable[i]);
		VFPTR f = vTable[i];
		f();
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	Derive d;
	VFPTR* vTableb1 = (VFPTR*)(*(int*)&d);
	PrintVTable(vTableb1);
	VFPTR* vTableb2 = (VFPTR*)(*(int*)((char*)&d + sizeof(Base1)));
	PrintVTable(vTableb2);
	return 0;
}

1.多继承，只有有虚函数的父类，才会生成虚表 

2.子类自己的函数，存在第一个虚表中

菱形继承

其模型就是菱形继承的虚函数，其实就是D中有BC；而BC还要A的虚表，所以BC自带两个虚表

菱形虚拟继承

1.如果是菱形虚拟继承，则D一定要写虚函数；因为如果不写，A虚函数不知道写在B表还是C表，其存在二义性编译器看不懂。

2.D类会多一个虚表

3.B的第一个表是虚表，第二个是虚基表，C亦是如此

4.虚基表的开头找的是虚函数的偏移量。

class A{
public:
    A(char *s) { cout<<s<<endl; }
    ~A(){}
};

class B:virtual public A
{
public:
    B(char *s1,char*s2):A(s1) { cout<<s2<<endl; }
};

class C:virtual public A
{
public:
    C(char *s1,char*s2):A(s1) { cout<<s2<<endl; }
};

class D:public B,public C
{
public:
    D(char *s1,char *s2,char *s3,char *s4):B(s1,s2),C(s1,s3),A(s1)
    { cout<<s4<<endl;}
};

int main() {
    D *p=new D("class A","class B","class C","class D");
    delete p;
    return 0;
}

A：class A class B class C class D 
B：class D class B class C class A
C：class D class C class B class A 
D：class A class C class B class D

1.A只有一个，所以A只构造一次

2.优先A构造

3.初始化列表优先于括号内，所以D最后

4.构造按继承顺序，即使先C(s1，s3)，B(s1，s2) 也是B先输出，C再输出

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