机械技术支持中山网站建设,装修案例英文,photoshop网站视觉设计步骤,网站开发报告多少页合适系列文章目录 文章目录 系列文章目录前言多态的概念概念 多态的定义及实现多态的构成条件虚函数虚函数的重写C11 override 和 final重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比 抽象类概念接口继承和实现继承 多态的原理虚函数表多态的原理动态绑定与静态绑定 单继承和多继承关系的虚…系列文章目录 文章目录 系列文章目录前言多态的概念概念 多态的定义及实现多态的构成条件虚函数虚函数的重写C11 override 和 final重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比 抽象类概念接口继承和实现继承 多态的原理虚函数表多态的原理动态绑定与静态绑定 单继承和多继承关系的虚函数表单继承中的虚函数表多继承中的虚函数表菱形继承、菱形虚拟继承 总结 前言
多态是类的三大特性之一。 多态的概念
概念
多态的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。
举个栗子比如买票这个行为当普通人买票时是全价买票学生买票时是半价买票军人买票时是优先买票。
多态的定义及实现
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。
那么在继承中要构成多态还有两个条件 必须通过基类的指针或者引用调用虚函数 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
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#includeiostream
using namespace std;class Person
{
public:virtual void BuyTicket() {cout 正常排队-全价买票 endl; }
};
class Student : public Person
{
public:virtual void BuyTicket() //重写/覆盖 父类虚函数{cout 正常排队-半价买票 endl;}
};
class Soldier : public Person
{
public:virtual void BuyTicket() //重写/覆盖 父类虚函数{ cout 优先买票-全价买票 endl; }
}; // 多态两个条件
// 1. 子类重写父类的虚函数
// 2. 必修是父类的指针或者引用去调用虚函数
void Func(Person* ptr)
{//多态--ptr指向父类对象调用父类的虚函数指向子类对象调用子类虚函数ptr-BuyTicket();
}
int main()
{Person ps;Student st;Soldier sd;Func(ps);Func(st);Func(sd);return 0;
} 【补充】
有些书籍会把多态进行更细的划分 静态的多态–函数重载 调用同一个函数传不同的参数就有不同行为形态 动态的多态–调用一个虚函数不同对象去调用就有不同的行为形态
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; }
};注这里的虚函数与虚继承使用了同一个关键字但是要注意这两个语法并没有关联。
【补充】: 虚函数的作用是用来实现多态。 virtual关键字只在声明时加在类外实现时不能加。 static和virtual是不能同时使用的。 友元函数不属于成员函数不能成为虚函数。 静态成员函数就不能设置为虚函数。 静态成员函数与具体对象无关属于整个类核心关键是没有隐藏的this指针可以通过类名::成员函数名 直接调用此时没有this无法拿到虚表就无法实现多态因此不能设置为虚函数。 尤其是父类的析构函数强力建议设置为虚函数这样动态释放父类指针所指的子类对象时能够达到析构的多态。
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();
}
int main()
{Person ps;Student st;Func(ps);Func(st);return 0;
}虚函数重写的两个例外
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;}
};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: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。
int main()
{Person* p1 new Person;Person* p2 new Student;delete p1;delete p2;return 0;
}注new函数的特殊场景需要用多态虚函数重写才能解决问题。
【总结】 虚函数的重写(覆盖)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。 在重写基类虚函数时派生类的虚函数在不加virtual关键字时也可以构成重写。 协变和析构函数是重写的两个特例。
C11 override 和 final
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C11提供了override和final两个关键字可以帮助用户检测是否重写。
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; }
};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; }
};【总结】 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C11提供了override和final两个关键字可以帮助用户检测是否重写。
重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比 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。
class Car
{
public:virtual void Drive() 0;
};
class Benz :public Car
{
public:virtual void Drive(){cout Benz-舒适 endl;}
};
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();
}注 抽象类不能实例化出对象 派生类继承抽象类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 抽象类中可以定义成员函数以及成员变量只是不能实例化出对象罢了
接口继承和实现继承
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。
class A
{
public:virtual void func(int val 1) { std::cout A- val std::endl; }virtual void test() { func(); }
};
class B : public A
{
public://虚函数的继承是一种接口继承void func(int val 0) { std::cout B- val std::endl; }
};
int main(int argc, char* argv[])
{B* p new B;p-test(); //注意子类重写父类的虚函数时只是将虚函数的实现方法重写//函数声明不变包括virtual、函数名、参数、参数顺序、缺省值都跟父类的保持一致//相当于/*void func(int val 1) { std::cout B- val std::endl; }*/return 0;
}
多态的原理
虚函数表
// 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放在对象的前面(注意有些平台可能会放到对象的最后面这个跟平台有关)对象中的这个指针我们叫做虚函数表指针(v代表virtualf代表function)。 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。
那么派生类中这个表放了些什么呢我们接着往下分析
// 针对上面的代码我们做出以下改造
// 1.我们增加一个派生类Derive去继承Base
// 2.Derive中重写Func1
// 3.Base再增加一个虚函数Func2和一个普通函数Func3
class Base
{
public:virtual void Func1(){cout Base::Func1() endl;}virtual void Func2(){cout Base::Func2() endl;}void Func3(){cout Base::Func3() endl;}
private:int _b 1;
};
class Derive : public Base
{
public:virtual void Func1(){cout Derive::Func1() endl;}
private:int _d 2;
};
int main()
{Base b;Derive d;return 0;
}通过观察和测试我们发现了以下几点问题 派生类对象d1、d2中也有一个虚表指针d1、d2对象由两部分构成一部分是父类继承下来的成员虚表指针也就是存在部分的另一部分是自己的成员。 基类b1对象和派生类d1对象虚表是不一样的这里Func1完成了重写所以d1的虚表中存的是重写的Derive::Func1所以虚函数的重写也叫作覆盖覆盖就是指虚表中虚函数的覆盖。重写是语法的叫法覆盖是原理层的叫法。 另外Func2继承下来后是虚函数所以放进了虚表Func3也继承下来了但是不是虚函数所以不会放进虚表。 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。 派生类的虚表生成a.先将基类中的虚表内容拷贝一份到派生类虚表中 b.如果派生类重写了基类中某个虚函数用派生类自己的虚函数覆盖虚表中基类的虚函数 c.派生类自己新增加的虚函数按其在派生类中的声明次序增加到派生类虚表的最后。 虚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表中。另外对象中存的不是虚表存的是虚表指针。虚表存在代码段的(常量区)
注 父子类无论是否完成虚函数重写都有各自的独立的虚表。 一个类的所有对象共享一张虚表。 多态之所以必须通过基类的指针或者引用调用虚函数原因是指针或引用可以根据该对象的地址找到对应基类的部分从中找到虚函数表执行对应的函数而用赋值传参的方式是万万不行的因为赋值传参只是将子类中的成员变量切片赋值到父类中去而参数中的父类还是用的是父类的虚表 综上多态必须通过基类的指针或者引用调用虚函数。
多态的原理 【总结】
多态的虚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编译时确认好的。
动态绑定与静态绑定 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 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。
单继承和多继承关系的虚函数表
需要注意的是在单继承和多继承关系中下面我们去关注的是派生类对象的虚表模型因为基类的虚表模型前面我们已经看过了没什么需要特别研究的。
单继承中的虚函数表 解决方法使用代码打印出虚表中的函数
class Base
{
public:virtual void Func1(){cout Base::Func1() endl;}virtual void Func2(){cout Base::Func2() endl;}private:int _b 1;
};
class Derive : public Base
{
public:virtual void Func1(){cout Derive::Func1() endl;}virtual void Func3(){cout Base::Func3() endl;}
private:int _d 2;
};typedef void(*vfptr)();
// 打印虚表
void PrintVFT(vfptr vft[])
{printf(%p\n, vft);for (size_t i 0;vft[i] ! nullptr;i){printf(vft[%d]:%p-, i, vft[i]);vft[i]();}printf(\n);
}int main()
{Base b;Derive d;PrintVFT((vfptr*)*((int*)b));PrintVFT((vfptr*)*((int*)d));//思路取出b、d对象的头4bytes就是虚表的指针虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组这个数组最后面放了一个nullptr//先取b的地址强转成一个int*的指针//再解引用取值就取到了b对象头4bytes的值这个值就是指向虚表的指针//再强转成vfptr*因为虚表就是一个存vfptr类型(虚函数指针类型)的数组。//虚表指针传递给PrintVFT进行打印虚表//需要说明的是这个打印虚表的代码经常会崩溃因为编译器有时对虚表的处理不干净虚表最后面没有放nullptr导致越界这是编译器的问题。我们只需要点目录栏的-生成-清理解决方案再编译就好了。return 0;
} 注这里vs编译器的监视窗口故意隐藏了这个函数也可以认为是他的一个小bug。
多继承中的虚函数表 【总结】 多继承派生类的未重写的虚函数放在第一个继承基类部分的虚函数表中 多继承派生类重写的虚函数在两个基类的虚表中的虚函数地址是不同的但访问的函数是一样的可以看出vs编译器在实现上多封装了一层所以虚函数地址是不同的
菱形继承、菱形虚拟继承
实际中我们不建议设计出菱形继承及菱形虚拟继承一方面太复杂容易出问题另一方面这样的模型访问基类成员有一定得性能损耗。所以菱形继承、菱形虚拟继承我们的虚表我们就不看了一般我们也不需要研究清楚因为实际中很少用。
总结 inline函数可以是虚函数不过编译器就忽略inline属性这个函数就不再是inline因为inline函数是没有地址的他都在调用的地方展开了虚函数是要把地址放进虚函数表中。VS中是这样的一个函数即使虚函数又是内联函数是不可以的因为inline函数没有地址虚函数需要放到虚函数表这两个是矛盾的 静态成员不可以是虚函数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。 构造函数不可以是虚函数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。1.构造函数搞成虚函数没有意义因为子类中要调用父类构造函数初始化写成虚函数的目的是多态构造函数不需要多态的方式。2.对象的虚函数表指针是在构造函数初始化列表阶段初始化的。如果构造函数是虚函数那么调用构造函数时对象中的虚表指针都没有初始化 析构函数可以是虚函数并且最好把基类的析构函数定义成虚函数。子类指针分别指向new父类或者子类及delete场景下析构函数是虚函数。 对象访问普通函数快还是虚函数更快首先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构成多态运行时调用虚函数需要到虚函数表中去查找。 虚函数表是在编译阶段就生成的一般情况下存在代码段(常量区)的。 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。抽象类强制重写了虚函数另外抽象类体现出了接口继承关系。 菱形虚拟继承中派生类调用构造函数初始化时编译器会优化“顶部”的构造函数次数只调用一次而且用的是”顶部“类的构造函数派生类一般情况下构造顺序是“顶部”、底部“继承”腰部“顺序、”底部“ 也可理解为声明的顺序 序
