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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。
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。
总结一下:同样是 扫码动作,不同的用户扫得到的不一样的红包,这也是一种多态行为。
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
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;}
};
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;
}
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。(了解)
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;}
};
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;
}
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提供了override和final两个关键字,可以帮助用户检测是否重写。
class Car
{
public:
virtual void Drive() final {}
};
class Benz :public Car
{
public:
virtual void Drive() {cout << "Benz-舒适" << endl;}
};
2. 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;}
};
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();
}
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。
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;
};
在32位下,sizeof(Base)是 8
在64位下,sizeof(Base)是 16
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virtual,f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,。
// 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:
那么虚表存在哪的呢?实际我们去验证一下会发现vs下是存在 代码段的
上面分析了这个半天了那么多态的原理到底是什么?还记得这里Func函数传Person调用的 Person::BuyTicket,传Student调用的是Student::BuyTicket
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; }
};
void Func(Person& p)
{
p.BuyTicket();
}
int main()
{
Person Mike;
Func(Mike);
Student Johnson;
Func(Johnson);
return 0;
}
// 以下汇编代码中跟你这个问题不相关的都被去掉了
void Func(Person* p)
{
...
p->BuyTicket();
// p中存的是mike对象的指针,将p移动到eax中
001940DE mov eax,dword ptr [p]
// [eax]就是取eax值指向的内容,这里相当于把mike对象头4个字节(虚表指针)移动到了edx
001940E1 mov edx,dword ptr [eax]
// [edx]就是取edx值指向的内容,这里相当于把虚表中的头4字节存的虚函数指针移动到了eax
00B823EE mov eax,dword ptr [edx]
// call eax中存虚函数的指针。这里可以看出满足多态的调用,不是在编译时确定的,是运行起来以后到对象的中取找的
001940EA call eax
001940EC cmp esi,esp
}
int main()
{
...
// 首先BuyTicket虽然是虚函数,但是mike是对象,不满足多态的条件,所以这里是普通函数的调用转换成地址时,是在编译时已经从符号表确认了函数的地址,直接call 地址
mike.BuyTicket();
00195182 lea ecx,[mike]
00195185 call Person::BuyTicket (01914F6h)
...
}
注:我们想看多继承的虚函数表是怎么样的,但是内容窗口是有点问题的(可以认为是编译器设计没考虑到),没办法看到实际的情况,所以这里我们设计特殊的虚函数(返回值,参数相同)并使用打印虚函数表函数进行查看地址和调用验证
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) ();//这种函数指针的强转是一种特例
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);
//取对象地址,(虚函数表指针一般存在对象前四个字节)要取前四个字节地址则用int*进行强转(只能指针类型强转才能改变指针的步长)
//再进行解引用拿到虚函数表指针,然而这样子无法进行传参(类型不匹配),要强转为虚函数指针数组类型
PrintVTable(vTableb1);
VFPTR* vTableb2 = (VFPTR*)(*(int*)((char*)&d + sizeof(Base1)));//先转为char*步长便于越过Base1类去拿到Base2的地址
PrintVTable(vTableb2);
return 0;
}
答:简单来说,多态是不同对象同种行为产生不同状态,即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
重载:在同一作用域中,函数名相同和参数不同构成重载 重写:在基类和继承类域中,对于虚函数,函数名,参数和返回值相同(特例除外),构成重写 重定义:在基类和继承类域中,函数名相同,不构成重载就构成重定义
答:可以,不过编译器会忽略inline属性,这个函数就不再是inline,因为虚函数要放到虚表中去
答:不能,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。
答:不能,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。
答:1. 可以,并且最好把基类的析构函数定义 成虚函数。 2 . 当基类指针指向new出来的派生类对象的时候,需要使用指针进行释放对象,此时需要析构函数为虚函数,保证指针指向的对象成功释放
答: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。
答: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。
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。 抽象类更好的表现了现实生活中的抽象事物,如植物,人等本不具有实例的名称。
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