C++程序设计学习之『多态性与虚函数』

来源：互联网发布：Windows进程通信编辑：程序博客网时间：2024/06/07 05:05

1、多态性（polymorphism）

是面向对象程序设计的一个重要特征。

多态：向不同的对象发送同一条消息，不同的对象在接受时会产生不同的行为（即方法）。

C++中，多态性表现形式之一是：具有不同功能的函数可以用同一个函数名，这样就可以实现用同一个函数名调用不同内容的函数。

系统实现的角度：

静态多态性：通过函数重载实现，编译时的多态性，由函数重载和运算符重载形成的。
动态多态性：运行时的多态性，编译时不确定用哪个函数，在程序运行过程中才动态地确定操作所针对的对象。运行时的多态性，通过虚函数（Virtual Function）实现。

2、虚函数（Virtual fuction）

基类中声明函数是虚拟的，并不是实际存在的函数，然后在派生类中才正式定义此函数。在程序运行期间，用指针指向某一个派生类对象，这样就能调用指向的派生类对象中的函数，而不会调用其它派生类中的函数。作用就是允许在派生类中重新定义与基类同名的函数，并且课程通过基类指针或者引用来访问基类和派生类中的同名函数。

比如下面这样是不可行的：


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Studentn stu1(1001,"Li",87.5);
Graduate grad1(2001,"Wang",98.5,1200);
Student *pt=&stu1;
pt->dispaly();//调用Student基类中的display()函数
pt=&grad1;
pt->dispaly();//调用的依然是基类Student中的display()函数，输出的是grad1对象中的基类
部分数据，2001,"Wang",98.5，如果想通过指针输出全部数据，只能是再声明一个Graduate类型
的指针。

因为：

本来基类指针pt是指向基类对象的，如果让它指向派生类对象，则自动进行指针类型转换，将派生类的对象的指针先转换为基类对象的指针，这样，基类指针指向的就是派生类对象中的基类部分。在程序修改前，是无法通过基类指针去调用派生类对象的成员函数的。

这样很不方便，所以有了虚函数

只需要在基类的同名函数声明时，加上virtual即可，即：


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virtual void dispaly;  //虚函数

在声明了是虚函数后，pt是同一类基类指针，就可以调用同一类族中不同类的虚函数，这就是多态性（polymorphism），对同一消息，不同对象有不同的反应。

虚函数的使用方法：

基类中用virtual声明成员函数为虚函数，类外定义虚函数时，无需再加virtual；
派生类中重新定义此函数，函数名、函数类型、函数参数个数和类型必须与基类的虚函数相同，根据派生类的需要重新定义函数体；当一个成员函数被声明为虚函数后，其派生类中的同名函数也都自动成为虚函数。因此在派生类重新声明此函数时，可以加virtual也可以不加，为了清楚，一般都加上virtual；若派生类中没有对基类的虚函数重新定义，则派生类简单地继承其直接基类的虚函数；
定义一个指向基类对象的指针，并使他指向同一类族中需要调用该函数的对象；
通过该指针变量对用此虚函数，此时调用的就是指针变量指向的对象的同名函数。

真心觉得谭浩强先生这本书写的太好了！深入浅出，特别棒！还有很多提醒

确定调用的具体对象的过程称为关联（binding），这里指把一个函数名和一个类对象捆绑在一起，建立关联。

前面所提到的函数重载和通过对象名调用的虚函数，在编译时即可确定其调用的虚函数属于哪一类，其过程称为静态关联。（Static binding），由于是在运行前进行关联的，成为早期关联（early binding）。

动态关联时：先定义一个指向基类的指针变量，并使他指向相应的类对象，然后通过这个基类指针去调用虚函数(pt->dispaly()),这样的调用方式，编译系统在编译时无法确定调用哪一个类对象的虚函数，因为编译只做静态的语法检查，光用语句形式是无法确定调用对象的。

在运行阶段，基类指针变量先指向了某一个类对象，然后通过此指针变量调用该对象中的函数。此时调用哪一个对象的函数无疑是确定的。由于是运行阶段把虚函数和类对象绑定在一起的，因此次过程称为“动态关联”（dynamic binding），这种多态性是动态的多态性，即运行阶段的多态性。由于动态关联是在编译后的运行阶段进行的，因此也称为“滞后关联”（late binding）。

使用虚函数，系统要有一定的空间开销，当一个类带有虚函数时，编译系统会为该类构造一个虚函数表（virtual function table，简称vtable），它是一个指针数组，存放每个虚函数的入口地址。

3、虚析构函数（Virtual destructor）

如果用new运算符建立了临时对象，若基类中有析构函数，并且定义了一个指向该基类的指针变量，在程序用带指针参数的delete运算符撤销对象时，会发生一个情况：系统会只执行基类的构造函数，而不执行派生类的析构函数。


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#include<iostream>
using namespace std;
class Point{
    public:
    Point(){}
    ~Point(){cout<<"executing Point destructor"<<endl;}
}
class Circle:public Point{
    public:
    Circle();
    ~Circle(){cout<<"executing Circle destructor"<<endl;}
}
void main()
{
    Point *p=new Circle; //
    delete p;
}
//程序的运行结果为：executing Point destructor

如果要执行派生类Circle中的析构函数，可以将基类的析构函数声明为虚析构函数，如：


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virtual ~Point(){cout<<"executing Point destructor"<<ebdl;

如果将基类的析构函数声明为虚函数时，由该基类所派生的所有派生类的析构函数也都自动成为虚函数，即使派生类的析构函数与基类的析构函数名字不相同。
最好把基类的析构函数声明为虚函数，这将使所有派生类的析构函数自动成为虚函数，如果在程序中显式地用了delete运算符删除一个对象，而delete运算符的操作对象用了指向派生类对象的基类指针，则系统会调用相应类的析构函数。

4、纯虚函数(pure virtual function)

声明虚函数时被“初始化”为0的函数，声明纯虚函数的一般形式是：


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virtual 函数类型 函数名(参数列表)=0;

注意：

纯虚函数没有函数体；
最后面的“=0”并不表示函数返回值为0，它只起形式上的作用，告诉编译系统“这是纯虚函数”；
这是声明语句，最后应有分号。

纯虚函数只有函数的名字而不具备函数的功能，不能被调用，可以说它是“徒有其名，而无其实”，它只是通知编译系统在这里声明一个虚函数，留待派生类中定义。在派生类中对此函数提供定义后，才能具备函数的功能，可以被调用。

纯虚函数的作用是在基类中为其派生类保留一个函数的名字，以便派生类根据需要对他进行定义。

若一个类中声明了纯虚函数，而其派生类中没有对该函数定义，则该虚函数在派生类中仍然为纯虚函数。

5、抽象类（abstract class）

不用来定义对象而只作为一种基本类型用作继承的类，由于它常作为基类，通常称为抽象基类（abstract base class），凡是包含纯虚函数的类都是抽象类。因为纯虚函数是不能被调用的，包含纯虚函数的类是无法建立对象的，抽象类的作用是作为一个类族的共同基类。

如果抽象类派生出的新类中对基类的所有纯虚函数进行了定义，那么这些函数就被赋予了功能，可以被调用，这个派生类就不再是抽象类，而是可以用来定义实体对象的具体类（concrete class）

虽然抽象类不能定义对象（即不能实例化），但是可以定义指向抽象类数据的指针变量，当派生类成为具体类后，就可以用这种指针指向派生类对象，然后通过该指针调用虚函数，实现多态性。

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