C++——多态|多态的概念|多态的定义及实现|虚函数|多态的原理|虚函数表构成虚表的条件

简介: 笔记

多态的概念


多态的概念:通俗来说,就是多种形态,具体点就是去完成某个行为,当不同的对象去完成时会产生出不同的状态。

1.png



多态的定义及实现


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。比如Student继承了

Person。Person对象买票全价,Student对象买票半价。

那么在继承中要构成多态还有两个条件:

1. 必须通过基类的指针或者引用调用虚函数

2. 被调用的函数必须是虚函数,且派生类必须对基类的虚函数进行重写

2.png



虚函数

虚函数:即被virtual修饰的类成员函数称为虚函数


class Person {
public:
virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl;}
};


虚函数的重写(覆盖):派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数(即派生类虚函数与基类虚函数的返回值类型、函数名字、参数列表完全相同),称子类的虚函数重写了基类的虚函数.


不符合重写,就是隐藏关系。


继承中要构成多态还有两个条件:

1. 必须通过基类的指针或者引用调用虚函数

2. 被调用的函数必须是虚函数,且派生类必须对基类的虚函数进行重写


class Person {
public:
virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};
class Student : public Person {
public:
virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }
};

3.png


不满足多态

4.png



当子类没有关键字virtual修饰,但父类有,此时也构成虚函数重写


特例1:子类虚函数不加virtual,依旧构成重写,实际中最好加上

5.png

特例2: 协变(基类与派生类虚函数返回值类型不同)


派生类重写基类虚函数时,与基类虚函数返回值类型不同。即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。(了解)

6.png

以下程序输出结果是什么(B)


class A
{
public:
virtual void func(int val = 1)
{ std::cout<<"A->"<< val <<std::endl;}
virtual void test()
{ func();}
};
class B : public A
{
public:
void func(int val=0)
{ std::cout<<"B->"<< val <<std::endl; }
};
int main(int argc ,char* argv[])
{
B*p = new B;
p->test();
return 0;
}


A: A->0 B: B->1 C: A->1 D: B->0 E: 编译出错 F: 以上都不正确



子类指针调用test,但test不满足虚函数重写,为什么能调到呢?


test调用需要传参,调用virtual void test(A*this),,func是A的成员函数,所以参数是A* this,test里面调用func(),其实是this->func();这里的this指向子类,因为是p->test();p是B*类型,所以打印B->


为啥val会是1?


因为虚函数重写是接口继承(主要继承接口),普通函数继承是实现继承(主要继承函数的实现),接口继承就是说子类继承父类的接口,这里用的接口是virtual void func(int val = 1)。所以会打印B->1。


虚函数是接口继承,重写实现。


虚函数的重写(覆盖):派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数(即派生类虚函数与基类虚函数的返回值类型、函数名字、参数列表完全相同),称子类的虚函数重写了基类的虚函数.


不符合重写,就是隐藏关系。


虚函数重写跟缺省参数,形参名无任何关系。

7.png

把父类func参数改为0,此时会打印0,这是调用了父类接口 virtual void func(int val = 1),我们传了参数,所以会打印


class A
{
public:
  virtual void func(int val = 1)
  {
  std::cout << "A->" << val << std::endl;
  }
  void test()
  {
  func();
  }
};
class B : public A
{
public:
  void func(int val = 0)
  {
  std::cout << "B->" << val << std::endl;
  }
};
int main(int argc, char* argv[])
{
  A* p = new B;
  p->test();
  return 0;
}


打印结果:B->1


注意这里P是A*,P指向B类型的空间


这里满足:父类指针或引用调用虚函数,func是虚函数重写,所以是多态。P指向B,


所以调用子类的func。

8.png

此时调用父类,因为this指向父类

9.png



多态的原理


虚函数表

10.png

大小不是4,而是8,因为除了_b成员,还多一个__vfptr放在对象的前面(注意有些平台可能会放到对象的最后面,这个跟平台有关),对象中的这个指针我们叫做虚函数表指针(v代表virtual,f代表function)。

创建一个对象,我们可以看到对象中含有_vfptr,我们还可以看到func1的地址被存进了虚表中,虚表是一个函数指针数组

11.png

class Person {
public:
  virtual void BuyTicket()
 { cout << "买票-全价" << endl; }
  virtual void Func()
{ cout << "Func()" << endl; }
};
class Student : public Person 
{
public:
  virtual void BuyTicket()
 { cout << "买票-半价" << endl; }
};
void Func(Person& p)
{
  p.BuyTicket();
}
int main()
{
  Person Mike;
  Func(Mike);
  Student Johnson;
  Func(Johnson);
  return 0;
}


这里父对象和子对象的Func函数地址不一样,Buyticket地址一样,因为Buyticket被重写了

12.png

当对象调用函数的时候,会call一个地址,这个地址存在虚表中,通过地址找到虚函数。


多态的本质原理:当符合多态条件时,调用时,到指向对象的虚表中找到对应的函数地址,进行调用。


普通函数在编译链接时会确定函数的地址,运行时直接调用。


构成多态时调用

13.png



非多态调用函数

14.png

构成虚表的条件


虚函数不是存在虚表中,而是在代码段,虚表中存的是虚函数的地址。


当基类没有被virtual修饰,而子类被virtual所修饰,此时子类没有虚表,因为不构成虚函数。就跟调用普通函数一样。

15.png



当父类有虚函数,子类没有重写,但此时有虚表。编译器会通过虚表找到虚函数。当父类有虚函数,并且是通过父类的指针或引用调用虚函数,就会通过虚表去找该函数。此时调用的是父类的虚函数。

16.png

虚表的条件:父类函数为虚函数,是否父类指针或引用调用虚函数


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