C++特性之多态

来源：互联网发布：python 企业级架构编辑：程序博客网时间：2024/05/18 07:46

多态：向不同的对象发送同一个消息，不同的对象在接收时产生不同的行为(方法)。

在C++中，就是：不同功能的函数可以用同一函数名，这样就可以实现用一个函数名调用不同内容的函数。

例：学校校长通知：9.1日开学。不同的对象会做出不同的反应：教师需备好课；学生需按时到校上课；家长需备好学费。由于事先对各种人的任务已做了规定，因此，在得到同一个消息时，各种人都知道怎么做。这就是多态。

一、对象的类型

1、静态类型：对象声明时的类型，在编译时确定。

2、动态类型：目前所指对象的类型，在运行时确定。

class Base{}; class C:public Base{}; void Funtest(){Base b;C d;Base*pb1=&b;//编译器编译时就知道b的类型pb1= &d;//只有程序运行后才知道d的类型} int main(){Funtest();system("pause");return 0;}

二、多态类型

1、静态多态性(静态链编，早绑定)：通过函数重载实现，要求程序在编译时就知道调用函数的全部信息。故又称为编译时多态性。

优点：静态多态性的函数调用速度快、效率高

缺点：缺乏灵活性，在程序运行前就已经决定了执行的函数和方法。

例：通过函数重载来实现：

int Add(int left, int right){return left + right;} float Add(float left, float right){return left + right;} void Funtest(){cout << Add(4, 6) << endl;//两个整数相加cout << Add(2.32f,3.45f) << endl;//两个浮点数相加}

如上代码,Add(4,6)和Add(2.32f,3.45f)被分别编译为对Add(int ,int)和Add(float,float)的调用。编译器会根据不同的参数列表对同名函数进行名字重整，之后这些同名函数就会变成拥有不同功能的函数。

运行结果如下：

带变量的宏也可以实现多态：

#define Add(a,b) (a)+(b)int main(){int x = 4;int y = 6;float e = 2.32f;float f = 3.45f;cout << Add(x, y) << endl;cout << Add(e, f) << endl;system("pause");return 0;}

当程序被编译时，表达式Add(x,y)和Add(e,f)被自动替换为两个整数相加和两个浮点数相加的具体表达式。运行结果如下：

动态多态性(动态链编，晚绑定)：在程序执行期间判断所引用对象的实际类型，根据实际类型调用相应的方法。故又称为运行时的多态性。

实现动态多态的条件：

(1)、派生类必须重写基类的虚函数。

(2)、通过基类的指针/引用调基类的虚函数(该虚函数必须在派生类中被重写)

class B{public:virtual void test1(){cout << "B::test1()" << endl;}virtual void test2(){cout << "B::test2()" << endl;}    void test3(){cout << "B::test3()" << endl;}/*virtual void test4(int){cout << "B::test4(int)" << endl;}*/virtual int test5(){cout << "B::test5()" << endl;}};class C :public B{public:virtual void test1(){cout << "C::test1()" << endl;}    void test2()//重写虚函数，基类中的函数必须有virtual，派生类可以不加virtual{cout << "C::test2()" << endl;}virtual void test3()//没有构成重写{cout << "C::test3()" << endl;}/*virtual void test4()//重写：函数名、返回值类型、参数列表必须相同{cout << "C::test4()" << endl;}*/virtual void test5()//重写虚函数返回类型有误(协变){cout << "C::test5()" << endl;}};void Funtest(B &b){b.test1();b.test2();b.test3();//b.test4();b.test5();}

调用test4时编译器提示错误如下：

调用test5时编译器提示错误如下：

小结：

类中哪些可以作为虚函数？

(1)、普通函数 (2)、析构函数 (3)、赋值运算符重载（但最好不要）

以下均不可作为虚函数：

(1)、静态成员函数，没有this指针，只有一份

(2)、构造函数（默认内联）

(3)、友元函数，不是类的成员函数，不能被继承

继承体系同名成员函数重载、重写（隐藏）、隐藏（重定义）的区别是什么？

重载必须是在同一作用域内，函数名相同，参数和返回值类型可以不同。

int Add(int left, int right){return left + right;} float Add(float left, float right){return left + right;}void Funtest(){Add(3,5);Add(4.56f, 8.65f);}

重写不在同一作用域内（分别在基类和派生类内），函数名、参数和返回值类型必须相同（协变除外），基类函数必须有关键字virtual，访问修饰符可以不同。

class B{public:virtual void test1(){cout<< "B::test1()" << endl;}}；class C :public B{public:virtual void test1(){cout << "C::test1()" << endl;}}；

协变：基类的成员返回基类的指针/引用，派生类的成员返回派生类的指针/引用。

class B{virtual B& operator=(B &b)//基类的成员返回基类的引用{return *this;}};class C :public B{C& operator=(B &c)//派生类的成员返回派生类的引用{return *this;}};class B{virtual B* Funtest()//基类的成员返回基类的指针{return this;}};class C :public B{C* Funtest()//派生类的成员返回派生类的指针{return this;}};

隐藏不在同一作用域内（分别在基类和派生类内），函数名相同，与参数和返回值类型无关，在基类和派生类中只要不构成重写就是隐藏。

lass B{public:   void test1(){cout<< "B::test1()" << endl;}}；class C :public B{public:void test1(){cout << "C::test1()" << endl;}}；

建议：

(1)、不要在构造函数和析构函数中调用虚函数，在构造函数和析构函数中对象是不完整的，可能胡出现为定义的行为。

(2)、最好将基类的析构函数声明为虚函数，因为析构函数比较特殊，派生类中的析构函数跟基类的析构函数名称不一样，但是构成覆盖，这里编译器做了特殊处理。

虚表剖析

例如：

 class B{virtual void Funtest() = 0;//纯虚函数，该类称为抽象类(接口类)};

注：抽象类不能实例化对象，只有在派生类重写以后，派生类才能实例化出对象。

虚表：虚表指针存在于对象前4个字节。

class B{public:B()//基类构造函数{}virtual void test1()//基类虚函数{cout << "B::test1()" << endl;}virtual void test2(){cout << "B::test2()" << endl;}virtual void test3(){cout << "B::test3()" << endl;}virtual void test4(){cout << "B::test4()" << endl;}private:int _data;};

求该基类大小，sizeof(B)=8;在B类成员_data之前有一个指向四个虚函数的指针，该指针即为虚表指针。

派生类中，重写基类中的test1()和test3()：

class C :public B{public:virtual void test1(){cout << "C:test1()" << endl;}virtual void test3(){cout << "C:test3()" << endl;}private:int _data1;};

求派生类大小sizeof(C)=12;派生类同样有一个虚表指针，只是其中的虚函数顺序不同于基类。派生类中的虚表：首先复制基类中的虚表，确定需对基类中的哪个虚函数重写，确定后，用派生类中重写后的替换基类中的虚函数。如下图所示:

单继承

class B{public:virtual void test1()//基类虚函数{cout << "B::test1()" << endl;}virtual void test2(){cout << "B::test2()" << endl;}virtual void test3(){cout << "B::test3()" << endl;} virtual void test4(){cout << "B::test4()" << endl;} int _data1;};class C :public B{public: virtual void test3()//重写基类test3(){cout << "C:test3()" << endl;}virtual void test5()//派生类自己的虚函数{cout << "C:test5()" << endl;}int _data2;};void Funtest(){C d;d._data1 = 5;d._data2 = 4;}

基类的大小sizeof(B)=8;派生类的大小sizeof(C)=12;

多继承

class B1{public:virtual void test1()//基类B1虚函数{cout << "B::test1()" << endl;}int _data1;};class B2{public:virtual void test2()//基类B2虚函数{cout << "B::test2()" << endl;}virtual void test3(){cout << "B::test3()" << endl;}int _data2;};class C :public B1, public B2{public:virtual void test4(){cout << "B::test4()" << endl;}int _data3;};void Funtest(){C d;d._data1 = 4;d._data2 = 5;d._data3 = 6;}

基类B1、B2和派生类C的大小分别为8,8,20

菱形继承

class B{public:virtual void test1(){cout << "B::test1()" << endl;}int _data1;};class C1:public B{public:virtual void test1(){cout << "C1::test2()" << endl;}virtual void test3(){cout << "B::test3()" << endl;}int _data2;};class C2 :public B{public:virtual void test4(){cout << "B::test4()" << endl;}int _data3;};class D :public C1, public C2{public:virtual void test4(){cout << "D::test4()" << endl;}virtual void test5(){cout << "D::test5()" << endl;}int _data4;};void Funtest(){D d;d.C1::_data1 = 2;d.C2::_data1 = 6;d._data2 = 3;d._data3 = 4;d._data4 = 5;}

B类、C1类、C2类、D类的大小分别为8、12、12、28

虚继承

class B{public:B(){}~B(){}virtual void test1(){cout << "B::test1()" << endl;}int _data1;};class C :virtual public B{public:virtual void test1(){cout << "C::test1()" << endl;}virtual void test2(){cout << "C::test2()" << endl;}int _data2;};void Funtest(){C d;d._data1 = 7;d._data2 = 9;}

B类和C类的大小分别为：8,24；

去掉C类中的构造函数和析构函数其大小分别为8,20

虚继承派生类构造函数做的事：

、填写偏移量表格地址
、调用基类的构造函数
、填写派生类虚表地址
、重写属于基类对象部分的虚表地址

、派生类对象和基类对象之间用0分割（只是猜测）

菱形虚拟继承

class B{public:virtual void test1(){cout << "B::test1()" << endl;}int _data1;};class C1 :virtual public B{public:virtual void test1(){cout << "C1::test2()" << endl;}virtual void test3(){cout << "B::test3()" << endl;}int _data2;};class C2 :virtual public B{public:virtual void test4(){cout << "B::test4()" << endl;}int _data3;};class D :public C1, public C2{public:virtual void test4(){cout << "D::test4()" << endl;}virtual void test5(){cout << "D::test5()" << endl;}int _data4;};void Funtest(){D d;d.C1::_data1 = 3;d.C2::_data1 = 4;d._data2 = 5;d._data3 = 6;d._data4 = 7;}

B类、C1类、C2类和D类的大小分别为：8，20,20,36

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