C++特性探寻-多态和虚函数

 2008-09-19 20:18

在C++中，多态是通过虚函数实现的。 基类如果把一个函数声明为虚的（virtual），就表明继承类可以覆盖（override）这个 函数（从而表现不同的行为，呈现出多态性）。 对于每一个有虚函数的具体类（或者继承类），可认为有一个与之关联的虚函数表（v-t able）。v-table表中的每一项（slot）中存储的是适当的函数指针。C++编译器在编译 时刻创建了所有必需的虚函数表。并且，每个虚函数表中的项都已经填充了恰当的值（ 指向了正确的函数入口）。 例如，下面有三个类：Base，Derived，Derived2。 class Base {      virtual void f1() {}      virtual void f2() {}      virtual void f3() {} } Base类的虚函数表如下。      slot1 – Base::f1()      slot2 – Base::f2()      slot3 – Base::f3() class Derived: public Base {     //void f1() {}     void f2() {}     virtual void f3() {}     virtual void f4() {}     virtual void f5() {} } Derived类的虚函数表中追加了两项（前面的部分必须与Base类虚函数表完全一致，包括 表项的数量和位置次序），如下。      slot1 – Base::f1()      slot2 – Derived::f2()      slot3 – Derived::f3()      slot4 – Derived::f4()      slot5 – Derived::f5() 注意，我有意在Derived类中不覆盖f1()，这样的话表项1中存储的仍然是指向Base::f1( )的函数指针。假如在Derived类中覆盖f1()的话，那么表项1将指向Derived::f1()。 class Derived2: public Derived {     void f3() {}     void f4() {}     void f5() {}     virtual void f6() {}     virtual void f7() {} } Derived2类的虚函数表中又增加了两项，如下。      slot1 – Base::f1()      slot2 – Derived::f2()      slot3 – Derived2::f3()      slot4 – Derived2::f4()      slot5 – Derived2::f5()      slot6 – Derived2::f6()      slot7 – Derived2::f7() 现在描述一下对于虚函数的调用。其实已经可以看出，对于虚函数是间接调用的，因为 它是通过虚函数表进行的。设想有一个对象指针a，调用a的某个函数f()，如果f()不是 虚函数，那么是直接调用的（在确定没有歧义的情况下，没有必要采用间接调用技巧， 使效率降低）。如果是虚函数，那么必须是通过虚函数表中的某个项（具体哪个表项是 编译阶段完全确定了的），发起调用。为什么不去直接调用呢？因为编译器不能确定这 个a指向的对象是Base的实例，还是Derived的实例？要知道就算一个Derived的实例，也 可以通过下塑造型（downcast）被视为一个Base实例。 而在Derived类中，函数f()完全 可能被覆盖了（从而虚函数表中的相应表项被改写，指向Derived::f()）。所以为了产 生正确的调用，表现正确的行为，必须通过虚函数表间接调用才行。整个过程有些像变 魔术，但也正体现了多态的魅力。 虚函数的定义要遵循以下重要规则： 　　1.如果虚函数在基类与派生类中出现，仅仅是名字相同，而形式参数不同，或者是返回类型不同，那么即使加上了virtual关键字，也是不会进行滞后联编的。 　　2.只有类的成员函数才能说明为虚函数，因为虚函数仅适合用与有继承关系的类对象，所以普通函数不能说明为虚函数。 　　3.静态成员函数不能是虚函数,因为静态成员函数的特点是不受限制于某个对象。 　代码如下： 　　4.内联(inline)函数不能是虚函数，因为内联函数不能在运行中动态确定位置。即使虚函数在类的内部定义定义，但是在编译的时候系统仍然将它看做是非内联的。 　　5.构造函数不能是虚函数，因为构造的时候，对象还是一片位定型的空间，只有构造完成后，对象才是具体类的实例。 　　6.析构函数可以是虚函数,而且通常声名为虚函数。 　　说明一下，虽然我们说使用虚函数会降低效率，但是在处理器速度越来越快的今天，将一个类中的所有成员函数都定义成为virtual总是有好处的，它除了会增加一些额外的开销是没有其它坏处的，对于保证类的封装特性是有好处的。 　　对于上面虚函数使用的重要规则6，我们有必要用实例说明一下，为什么具备多态特性的类的析构函数，有必要声明为virtual。 ================================================ C++父类子类指针函数调用注意事项（虚拟函数与多型Polymorphism） 1，如果以一个基础类指针指向一个衍生类对象，那么经由该指针只能访问基础类定义的函数 2，如果以一个衍生类指针指向一个基础类对象，必须先做强制转型动作（explicit cast），这种做法很危险，也不符合生活习惯，在程序设计上也会给程序员带来困扰。 3，如果基础类和衍生类定义了相同名称的成员函数，那么通过对象指针调用成员函数时，到底调用那个函数要根据指针的原型来确定，而不是根据指针实际指向的对象类型确定。 虚拟函数就是为了对“如果你以一个基础类指针指向一个衍生类对象，那么通过该指针，你只能访问基础类定义的成员函数”这条规则反其道而行之的设计。 如果你预期衍生类由可能重新定义一个成员函数，那么你就把它定义成虚拟函数（ virtual ）。 polymorphism就是让处理基础类别对象的程序代码能够通透的继续适当地处理衍生类对象。 纯虚拟函数： virtual void myfunc ( ) =0; 纯虚拟函数不许定义其具体动作，它的存在只是为了在衍生类钟被重新定义。只要是拥有纯虚拟函数的类，就是抽象类，它们是不能够被实例化的。如果一个继承类没有改写父类中的纯虚函数，那么他也是抽象类，也不能被实例化。 抽象类不能被实例化，不过我们可以拥有指向抽象类的指针，以便于操纵各个衍生类。 虚拟函数衍生下去仍然是虚拟函数，而且还可以省略掉关键字“virtual”。