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c++多态

article 2025/1/30 13:22:13

1.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。

2.多态的定义及实现

2.1多态的构成条件

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。

在继承中要构成多态需要满足两个条件：

必须通过基类的指针或者引用调用虚函数。
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

例子：

2.2 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;}
 };

2.3虚函数的重写

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。

class Person 
{
 public:
    virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};
 
class Student : public Person 
{
 public:
//子类对基类虚函数进行了重写
    virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; 
}

注：在重写基类虚函数时，派生类的虚函数在不加virtual关键字也可以，但是该种写法不是很规范。

2.4虚函数重写的两个例外：

2.4.1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。

class A{}；
class B : public A {};
 
class Person {
 public:
//返回值是基类A*
    virtual A* f() {return new A;}
 };
 
class Student : public Person {
 public:
//返回值是派生类B* 此时这个虚函数尽管返回值不同，仍然完成虚函数重写
    virtual B* f() {return new B;}
 };

2.4.2析构函数的重写(基类与派生类析构函数的名字不同)

如果基类的析构函数为虚函数，此时派生类析构函数只要定义就构成析构函数的重写。虽然函数名不相同，看起来违背了重写的规则，但最后编译器对析构函数的名称做了特殊处理，编译后析构函数的名称统一处理成destructor。

class Person{
public:
    virtual ~Person() {cout << "~Person()" << endl;}
 };
class Student : public Person {
 public:
    virtual ~Student() { cout << "~Student()" << endl; }
 };
int main()
 {
    Person* p1 = new Person;
    Person* p2 = new Student;
 
    delete p1;//因为完成了虚函数的重新，所以p1指向的对象是Person,调用~Rerson();
    delete p2;//虽然P2是Person*,但多态与指定的对象有关，所以调用~Student();
 
    return 0;
 }

注：多态与指向的对象有关，指向那个对象就调用它的虚函数。不满足多态：与调用的对象的类型有关，类型是什么就调用它的虚函数。

2.5 C++11 override 和 final

C++对函数重写的要求比较严格，但是有些情况下由于疏忽，可能会导致函数名字母次序写反而无法构成重载，而这种错误在编译期间是不会报出的，只有在程序运行时没有得到预期结果才来 debug，因此：C++11提供了override和final两个关键字，可以帮助用户检测是否重写。

2.5.1. final：修饰虚函数，表示该虚函数不能再被重写

{
 public:
    virtual void Drive() final {}
 };
 
class Benz :public Car
 {
 public:
    virtual void Drive() {cout << "Benz-舒适" << endl;}
 };

2.5.2 override: 检查派生类虚函数是否重写了基类某个虚函数，如果没有重写编译报错

class car{
public:
    virtual void Drive(){}
 };
 
class Benz :public Car {
 public:
    virtual void Drive() override {cout << "Benz-舒适" << endl;}
 }

2.6 函数重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

3.抽象类

3.1概念

在虚函数的后面写上 =0 ，则这个函数为纯虚函数。包含纯虚函数的类叫做抽象类（也叫接口类），抽象类不能实例化出对象。派生类继承后也不能实例化出对象，只有重写纯虚函数，派生类才能实例化出对象。纯虚函数规范了派生类必须重写，另外纯虚函数更体现出了接口继承

class Car
 {
 public:
    virtual void Drive() = 0;
 };
 
class Benz :public Car
 {
 public:
    virtual void Drive()
    {
        cout << "Benz-舒适" << endl;
    }

3.2 接口继承和实现继承

普通函数的继承是一种实现继承
虚函数的继承是一种接口继承，派生类继承的是基类虚函数的接口，目的是为了重写，达成多态，继承的是接口.

4.多态的原理

4.1虚函数表

// sizeof(Base)是多少？
class Base
 {
 public:
 virtual void Func1()
 {
 cout << "Func1()" << endl;
 }
 private:
 int _b = 1;
 }

注：在这里class Base 并不是只有一个整形int 4个字节，因为 void Func1()前面加了 virtual 是虚函数，则除了_b成员，还多一个__vfptr（虚函数指针）放在对象的前面，这样sizeof(Base)为8个字节。

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)。一个含有虚函数的类中都至少都有一个虚函数表指针，因为虚函数的地址要被放到虚函数表中，虚函数表也简称虚表，

虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组，一般情况这个数组最后面放了一个nullptr。

4.2虚函数的共用

注：Base这个类有两个虚函数，所以虚函数表存放了两个指针，并且Fun1()函数指针为0x0b31087

4.3虚函数存在哪的？虚表存在哪？

虚函数会被编译成指令放在代码段 ，而上面我们也提到过可以理解虚函数共用一个虚函数表（基类b对象和派生类d对象虚表是不一样的，），即放在公共部分，所以在代码段。

4.4多态的原理

5.动态绑定与静态绑定

静态绑定又称为前期绑定(早绑定)，在程序编译期间确定了程序的行为，也称为静态多态，比如：函数重载
动态绑定后期绑定(晚绑定)，是在程序运行期间，根据具体拿到的类型确定程序的具体行为，调用具体的函数，也称为动态多态。

6.例子：以下程序输出结果是什么？

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;
}

前面我们也提过虚函数的继承是一个接口继承，所以实际上继承的是 void func(int val=1)，

函数体则为{ std::cout<<"B->"<< val <<std::endl; }。所以程序运行结果应该为B—>1.

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