【C++进阶】多态的理解

aosei

发布于 2024-01-23 14:47:09

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发布于 2024-01-23 14:47:09

一.多态是什么

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。对于多态，不同的对象传过去，会调用不同的函数；即多态调用看的是指向的对象。

//A，B类中的func函数是个多态
class A
{
public:
	virtual void func()
	{
		cout << "A->func" << endl;
	}
};

class B :public A
{
public:
	virtual void func()
	{
		cout << "B->func" << endl;
	}
};

动态绑定和静态绑定

多态分为两种：

1.静态绑定，也称为静态多态，是在程序编译阶段确定的，例如：函数重载和模板；

2.动态绑定，也称为动态多态，是在程序运行阶段确定的，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。

二.虚函数

虚函数：即被virtual修饰的类成员函数称为虚函数；

虚函数一般是存在代码段（常量区）的，可能不同的编译器会不一样。

纯虚函数与抽象类

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。

抽象类的作用：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。

接口继承和实现继承

实现继承：普通函数的继承是一种实现继承；

接口继承：虚函数的继承是一种接口继承，如果不实现多态，不要把函数定义成虚函数。

虚函数与静态成员函数

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，即静态成员函数不能设置成虚函数。

虚函数与 inline 函数

inline函数可以设置成虚函数，不过编译器就忽略inline属性，这个函数就不再是inline，因为虚函数要放到虚表中去。

三.多态的条件

虚函数重写（覆盖）条件

a.是虚函数，即要有 virtual ；

b.虚函数满足三同（返回值，函数名，参数列表相同）即构成重写；

例外：

a.派生类可以不加 virtual ，因为派生类已经继承了基类的 virtual；

b.协变（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）

构成条件

1.调用的函数是重写的虚函数； 2.必须通过基类的指针或者引用调用虚函数。

重写析构函数

其实编译后析构函数的名称统一处理成destructor，此时析构函数的函数名相同，参数列表也相同，再加上 virtual 修饰，此时就重写了基类和派生类中的析构函数，即构成了多态。

结论

析构函数建议设置成虚函数，因为有时可能利用多态方式通过基类指针调用子类析构函数，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。

重载，重定义（隐藏）与重写

重载：在同一作用域，函数名相同，返回值可以不同，参数列表必须不同；

重定义（隐藏）：在不同的作用域，一个在基类，一个在派生类，只要函数名相同就构成重定义；

重写：1.在不同的作用域，一个在基类，一个在派生类；

2.都必须是虚函数；

3.满足三同（函数名，返回值，参数列表相同（协变除外））；

总结

1.重写比重定义的条件更加严苛；

2.两个基类和派生类的同名函数，不是重定义就是重写；

class A
{
public:
	virtual void func()   //func函数重写
	{
		cout << "A->func" << endl;
	}
};

class B :public A
{
public:
	virtual void func()
	{
		cout << "B->func" << endl;
	}
};

void test(A& a)   //基类引用
{
	a.func();
}

int main()
{
	A a;
	B b;
	test(a);   //传A的对象，调用A类的函数
	test(b);   //传B的对象，调用B类的函数

	return 0;
}

override 和 final

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；

final：修饰虚函数，表示该虚函数不能再被重写

class A
{
public:
    virtual void func1() final  {}   //func1不能被重写
    virtual void func2() {}
  
};

class B:public A
{
public:
    virtual void func2() override {}   //检查 func2 是否正确重写
};

四.多态的原理

虚函数表

其实基类和派生类的虚函数都会被放进虚函数表（简称虚表）里，类实例化出对象后会生成一个指针（_vfptr），指向虚函数表，其实虚函数表就是一个函数指针数组，里面存着虚函数的地址，一般情况这个数组最后面放了一个nullptr。

同一个类的对象共享一个虚表。

打印虚表

因为虚表指针一般存在对象的前4个字节（64位则为前8个字节），我们可以通过强制类型转换拿到这个虚表指针。

typedef void (*FUNC_PTR) ();    //重定义函数指针

void print(FUNC_PTR* table)
{
	for (size_t i = 0; table[i] != nullptr; i++)   //需要注意每次运行时最好重新生成以下解决方 
                                                   //案，因为多次编译vs可能就没有这个nullptr了
	{
		printf("%p : ", table[i]);

		FUNC_PTR f = table[i];
		f();   //调用函数指针所指向的函数
	}

	cout << endl;
}

class A
{
public:
	virtual void func1()
	{
		cout << "A->func1" << endl;
	}

	virtual void func2()
	{
		cout << "A->func2" << endl;
	}
};

int main()
{
	A a;
	int vft1 = *((int*)&a);
	print((FUNC_PTR*)vft1);
	return 0;
}