C/C++——多态性和虚函数

面向对象程序设计有4个特点：抽象、封装、继承和多态性。其中多态性是面向对象程序设计的重要特征。本文主要讲解一下C++多态性的一些基本知识，以便于大家在程序设计中更好地利用多态性。

 

1.    多态性

多态性可以这样概括：不同对象接受到同样的消息后，产生不同的动作。封装可以使得代码模块化，继承可以扩展已存在的代码，他们的目的都是为了代码重用。而多态的目的则是为了接口重用。也就是说，不论传递过来的究竟是那个类的对象，函数都能够通过同一个接口调用到适应各自对象的实现方法。多态性分为静态多态性和动态多态性。静态多态性又称编译时多态性，包括函数重载和运算符重载，采用迟绑定（late binding）的技术，要求在编译的时候就知道调用函数的信息决定要调用的函数，所以静态多态性效率高但灵活性差。动态多态性又称运行时多态性，主要通过虚函数实现，采用早绑定（late binding）的技术，是在程序运行过程中动态确定调用的函数，所以灵活性高但效率差。

先看下面的一个例子：

#include<iostream>

using namespacestd;

 

class animal

{public:

virtual voidbreath()

// void breath()

     {  cout<<"animal"<<endl;      }

};

 

classfish:public animal

{public:

     void breath()       {     cout<<"fish"<<endl;  }

};

 

int main()

{   animal ani;             //定义一个animal对象ani

     fish fi;                      //定义一个fish对象fi

     ani.breath();          //调用animal的breath方法

     fi.breath();             //调用fish的breath方法

 

     animal* pt1=&ani;      //定义一个animal类型的指针，并用animal对象初始化

     pt1->breath();              //通过指针调用animal的breath方法

 

     fish* pt3=&fi;               //定义一个fish类型的指针，并用fi对象初始化

     pt3->breath();             //通过指针调用fish的breath方法

 

     animal* pt=&fi;           //定义一个animal类型的指针，并用fi对象初始化

     pt->breath();               //通过指针调用fish的breath方法

 

//   fish* pt2=&ani;           //定义一个fish类型的指针，并用animal对象初始化，想通过指针调用fish的breath方法，编译错误

//   pt2->breath();    

 

     return 0;

}

上面定义了两个类，类animal和类fish，类fish是从类animal继承得到的。两个类里都定义了方法breath()。在主函数里分别实例化了两个对象ani和fi，分别用不同方法调用相应breath()函数。

①通过点操作符“.”调用函数，即 ani.breath();     和    fi.breath();。    

②通过指针和指向操作符，即animal* pt1=&ani; pt1->breath();     和    fish*pt3=&fi;  pt3->breath();

上面这两种方法的意图都很明显，通过相应对象或相应对象的指针调用函数，指针类型和初始化指针的对象的类型相同，不会产生歧义。

③ animal* pt=&fi;      pt->breath();  定义一个animal类型的指针，用fish类的对象fi初始化指针，然后通过指针调用fish的breath方法。这种方式可以调用成功，是因为在类animal里定义breath()时，用了关键字virtual，表示这是一个虚函数，如果不加这个关键子，则结果就会调用animal的breath()方法，读者可以试一下，这相当于是函数的覆盖，即两个类里函数名、返回值和参数表都相同。当我们用fi对象初始化animal指针时，指针指向的是基类的地址，所以调用基类的breath()方法。而加了virtual关键字后，用fi对象初始化话animal指针，指针虽指向基类的地址，但调用的是fish类的breath()方法。当C++编译器在编译的时候，发现Animal类的breathe()函数是虚函数，这个时候C++就会采用迟绑定（late binding）的技术，在运行时，依据对象的类型（在程序中，我们传递的Fish类对象的地址）来确认调用的哪一个函数，这种能力就做C++的多态性。也就是说，用哪个派生类对象初始化基类指针，通过这个指针调用的函数就是哪个派生类的相应函数。

同样的道理解释析构函数。析构函数是对象撤销时的做一些清理工作，一般会先调用派生类的析构函数，再调用基类的析构函数。但是当我们用派生类对象的地址赋值给基类指针，在删除这个指针撤销对象时，只调用了基类的析构函数。这是因为，用派生类对象的地址赋值给基类指针，对象撤销时，通过指针只能调用基类的析构函数，要解决这个问题，可以把基类的析构函数声明为虚函数，这样通过这个指针就可以调用到派生类的析构函数，然后再由派生类的析构函数调用基类的析构函数。所以一般将基类的析构函数声明为虚函数，这样如果用派生类对象的地址赋值给基类指针，通过delete手动删除派生类对象，就可以调用到派生类的析构函数。

 

这里有几点需要注意：

(1)在基类的函数前加virtual，变为虚函数，声明的时候加virtual，实现的时候不加virtual，这类似友元函数。当传递子类对象的地址调用函数，如果子类中有函数就调用子类的，子类没有的就调用基类的。

(2) 当子类继承父类的虚函数，则继承下来就是虚函数，不管子类里函数前是否加virtual。

(3) 重载和派生是不同的概念。重载发生在同一个类里，函数名相同，参数表不同；派生发生在不同类里（基类和派生类），函数名和参数表都相同。

(4) 这是讲重载、覆盖和隐藏的一篇文章：

http://www.cppblog.com/lingyun1120/archive/2011/04/27/145135.html

 

2.    纯虚函数

被标明不具体实现的虚成员函数，可以让类先有一个名称，没有函数体，让派生类在定义的时候给出具体的定义，称这种函数为纯虚函数。纯虚函数声明形式：virtual 函数类型  函数名（参数表）=0; 后面的“=0”是专门用来声明纯虚函数的，没有什么实际意义。因为没有函数体，所以有纯虚函数的类是一个“不完整的类” ，不能实例化对象。纯虚函数作用是为派生类保留一个函数名，派生类根据需要自己定义这个函数，实现特定操作。

 

3.    抽象类

一个基类如果包含一个或一个以上的纯虚函数，就是抽象类，由于这样的类常作为基类，所以又称抽象基类。如果在基类声明了虚函数，在派生类中不管这个函数前面是否有关键字virtual，继承下来的这个函数都是虚函数，但一般为了清晰明了，会在虚函数前virtual。而在基类声明的纯虚函数，只有在派生类里在用“=0”再次声明为纯虚函数，在派生类中才是纯虚函数，负责就是虚函数了。因为纯虚函数实际上只有函数名而已，所以抽象类不能实例化对象。抽象基类也是这个类的公共接口，从同一个类派生出的类有同一接口，因此能相应同一形式的消息，即将派生类对象的地址赋值给基类指针，通过基类指针访问派生类成员函数。

 

参考文献：

http://blog.csdn.net/hackbuteer1/article/details/7475622

http://my.oschina.net/hnuweiwei/blog/280894