C++的多態(tài)與虛函數(shù)你了解嗎
多態(tài)性
多態(tài)性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一,若程序設(shè)計語言不支持多態(tài)性,不能稱為面向?qū)ο蟮恼Z言,利用多態(tài)性技術(shù),可以調(diào)用同一個函數(shù)名的函數(shù),實現(xiàn)完全不同的功能
在C++中有兩種多態(tài)性:
- 編譯時的多態(tài)
通過函數(shù)的重載和運(yùn)算符的重載來實現(xiàn)的
- 運(yùn)行時的多態(tài)性
運(yùn)行時的多態(tài)性是指在程序執(zhí)行前,無法根據(jù)函數(shù)名和參數(shù)來確定該調(diào)用哪一個函數(shù),必須在程序執(zhí)行過程中,根據(jù)執(zhí)行的具體情況來動態(tài)地確定;它是通過類繼承關(guān)系public和虛函數(shù)來實現(xiàn)的,目的也是建立一種通用的程序;通用性是程序追求的主要目標(biāo)之一
通過引用或指針調(diào)用時,才可以達(dá)到運(yùn)行時的多態(tài)
虛函數(shù)
虛函數(shù)是一個類的成員函數(shù),定義格式如下:
virtual 返回類型 函數(shù)名(參數(shù)表);
關(guān)鍵字virtual
指明該成員函數(shù)為虛函數(shù),virtual僅用于類定義中,如虛函數(shù)在類外定義,不可加virtual
我們來看下面代碼
class Animal { private: string name; public: Animal(const string& na):name(na) {} public: virtual void eat(){} virtual void walk(){} virtual void tail(){} virtual void PrintInfo(){} string& get_name() { return name; } const string& get_name()const { return name; } }; class Dog :public Animal { private: string owner; public: Dog(const string& ow, const string na) :Animal(na), owner(ow) {} virtual void eat() { cout << "Dog Eat: bone" << endl; } virtual void walk() { cout << "Dog Walk: run" << endl; } virtual void tail() { cout << "Dog Tail: wangwang" << endl; } virtual void PrintInfo() { cout << "Dog owner" << owner << endl; cout << "Dog name:" << get_name() << endl; } }; class Cat :public Animal { private: string owner; public: Cat(const string& ow, const string na) :Animal(na), owner(ow) {} virtual void eat() { cout << "Cat Eat: fish" << endl; } virtual void walk() { cout << "Cat Walk: silent" << endl; } virtual void tail() { cout << "Cat Tail: miaomiao" << endl; } virtual void PrintInfo() { cout << "Cat owner: " << owner << endl; cout << "Cat name: " << get_name() << endl; } }; // 需要公有繼承 公有繼承代表是一個的意思 // 需要引用或指針調(diào)用 void fun(Animal& animal) { animal.eat(); //對象名稱.虛方法() animal.walk(); animal.tail(); animal.PrintInfo(); } int main() { Dog dog("zyq", "hashiqi"); //const string& ow = "zyq" Cat cat("zyq", "bosimao"); fun(dog); fun(cat); return 0; }
在這里我們可以看到,當(dāng)我們調(diào)用fun()函數(shù)時,傳入dog對象則調(diào)用Dog的方法,傳入cat調(diào)用Cat方法;這就是所謂的運(yùn)行時的多態(tài)
要想達(dá)到運(yùn)行時的多態(tài)(晚綁定)需要滿足:
- 公有繼承
- 有虛函數(shù)
- 必須以指針或引用方式調(diào)用虛函數(shù)
若發(fā)生早綁定,則會調(diào)用Animal類型的方法
成員函數(shù)應(yīng)盡可能的設(shè)置為虛函數(shù),但必須注意一下幾條:
1.派生類中定義虛函數(shù)必須與基類中的虛函數(shù)同名外,還必須同參數(shù)表,同返回類型;否則被認(rèn)為是重載,而不是虛函數(shù)。如基類中返回基類指針,派生類中返回派生類指針是允許的,這是一個例外
2.只有類的成員函數(shù)才能說明為虛函數(shù),這是因為虛函數(shù)僅適用于有繼承關(guān)系的類對象
3.靜態(tài)成員函數(shù),是所有同一類對象公有,不受限于某個對象,不能作為虛函數(shù)(友元函數(shù)也不可以)
4.實現(xiàn)動態(tài)多態(tài)性時,必須使用基類類型的指針變量或引用,使該指針指向該基類的不同派生類的對象,并通過該指針指向虛函數(shù),才能實現(xiàn)動態(tài)的多態(tài)性
5.內(nèi)聯(lián)函數(shù)每個對象一個拷貝,無映射關(guān)系,不能作為虛函數(shù)
6.析構(gòu)函數(shù)可定義為虛函數(shù),構(gòu)造函數(shù)不可以定義為虛函數(shù),因為在調(diào)用構(gòu)造函數(shù)時對象還沒有完成實例化;在基類中及其派生類中都動態(tài)分配的內(nèi)存空間時,必須把析構(gòu)函數(shù)定義為虛函數(shù),實現(xiàn)撤銷對象時的多態(tài)性
7.函數(shù)執(zhí)行速度要稍慢一些,為了實現(xiàn)多態(tài)性,每一個派生類中均要保存相應(yīng)虛函數(shù)的入口地址表,函數(shù)的調(diào)用機(jī)制也是間接實現(xiàn);所以多態(tài)性總要付出一定代價,但通用性是一個更高的目標(biāo)
8.如果定義放在類外,virtual只能加在函數(shù)聲明前面,不能加載函數(shù)定義前面;正確的定義必須不包括virtual
虛函數(shù)是覆蓋,同名函數(shù)是隱藏
虛函數(shù)編譯過程
class Object { private: int value; public: Object(int x = 0) :value(x) {} virtual void add() { cout << "Object::add" << endl; } virtual void fun() { cout << "Object::fun" << endl; } virtual void print()const { cout << "Object::print" << endl; } }; class Base:public Object { private: int sum; public: Base(int x = 0) :Object(x+10),sum(x) {} virtual void add() { cout << "Base::add" << endl; } virtual void fun() { cout << "Base::fun" << endl; } virtual void print()const { cout << "Base::print" << endl; } }; int main() { }
此處虛函數(shù)表中進(jìn)行的是同名覆蓋,而不像繼承關(guān)系中,同名成員進(jìn)行隱藏,就近處理;虛函表僅有一份,存在數(shù)據(jù)區(qū)
在主函數(shù)創(chuàng)建對象
int main() { Base base(10); Object* op = &base; }
可以看到base的大小為12字節(jié),因為其中基類對象Object,添加了虛表變?yōu)榱?字節(jié),且在構(gòu)建過程,首先構(gòu)建Object基類,此時虛表指針指向Object的虛表,而接著構(gòu)建Base類的時候,會將虛表指針修改為指向Base的虛表
也就是,當(dāng)有虛函數(shù)時,構(gòu)造函數(shù)除了構(gòu)建對象初始化對象的數(shù)據(jù)成員外,還會將虛表的地址給到虛表指針;同時這也是構(gòu)造函數(shù)不可以作為虛函數(shù)的原因
int main() { Base base(10); Object* op = NULL; Object obj(0); op = &base; op->add(); //指針或引用調(diào)動,則采用運(yùn)行時多態(tài) op->fun(); op->print(); obj = base; obj.add(); //對象直接調(diào)動,則采用編譯時多態(tài) obj.fun(); obj.print(); }
也就是我們通過,對象名.方法
的方式調(diào)用虛函數(shù),則通過編譯時多態(tài)的方式
運(yùn)行時的多態(tài),是通過查詢虛表進(jìn)行調(diào)用;下面通過匯編進(jìn)一步查看
只有進(jìn)行以指針調(diào)用或引用調(diào)用的時候才會對虛表進(jìn)行查詢
三層繼承
class Object { private: int value; public: Object(int x = 0) :value(x) {} virtual void add() { cout << "Object::add" << endl; } virtual void fun() { cout << "Object::fun" << endl; } virtual void print()const { cout << "Object::print" << endl; } void fn_a() { fun(); } }; class Base:public Object { private: int sum; public: Base(int x = 0) :Object(x+10),sum(x) {} virtual void add() { cout << "Base::add" << endl; } virtual void fun() { cout << "Base::fun" << endl; } virtual void show() { cout << "Base::show" << endl; } }; class Test :public Base { private: int num; public: Test(int x = 0) :Base(x + 10) {} virtual void add() { cout << "Test::add" << endl; } virtual void print() const { cout << "Test::print" << endl; } virtual void show() { cout << "Test::show" << endl; } };
我們可以看到虛函數(shù)表,當(dāng)我們構(gòu)建派生類,會復(fù)制基類的虛函數(shù)表,將虛表指針指向新的虛函數(shù)表,并且將同名的虛函數(shù)進(jìn)行覆蓋
依舊使用上面代碼
/* void fn_a() { fun(); //this->fun(); 屬于動態(tài)綁定! } */ int main() { Test t1; Base base; Object obj; t1.fn_a(); //fn_a(&t1); base.fun_a(); obj.fn_a(); return 0; }
這里依然屬于動態(tài)綁定,所以調(diào)用虛表指針指向的相對應(yīng)類的虛表
總結(jié)
本篇文章就到這里了,希望能夠給你帶來幫助,也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!
相關(guān)文章
VS2010/MFC編程(常用控件:樹形控件Tree Control控件創(chuàng)建h和實例)
本篇文章介紹了VS2010/MFC編程:常用控件:樹形控件Tree Control,包括樹形控件的創(chuàng)建、CTreeCtrl類的主要成員函數(shù)和應(yīng)用實例有興趣的可以了解一下。2016-12-12C++11標(biāo)準(zhǔn)庫bind函數(shù)應(yīng)用教程
bind函數(shù)定義在頭文件functional中,可以將bind函數(shù)看做成一個通用的函數(shù)適配器,他接收一個可調(diào)用對象,生成一個新的可調(diào)用對象來"適應(yīng)"原對象的參數(shù)列表。本文將帶大家詳細(xì)了解一下bind函數(shù)的應(yīng)用詳解2021-12-12C語言 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)堆排序順序存儲(升序)
這篇文章主要介紹了C語言 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)堆排序順序存儲(升序)的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下2017-05-05如何利用C語言實現(xiàn)最簡單的HTTP服務(wù)器詳解
這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于如何利用C語言實現(xiàn)最簡單的HTTP服務(wù)器的相關(guān)資料,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì),對大家學(xué)習(xí)或者使用C語言具有一定的參考學(xué)習(xí)價值,需要的朋友們下面來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧2019-11-11數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之?dāng)?shù)組翻轉(zhuǎn)的實現(xiàn)方法
這篇文章主要介紹了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之?dāng)?shù)組翻轉(zhuǎn)的實現(xiàn)方法的相關(guān)資料,這里用幾種實現(xiàn)方法來實現(xiàn)這樣的功能,需要的朋友可以參考下2017-10-10詳解C語言編程中的函數(shù)指針以及函數(shù)回調(diào)
這篇文章主要介紹了C語言編程中的函數(shù)指針以及函數(shù)回調(diào),函數(shù)回調(diào)實際上就是讓函數(shù)指針作函數(shù)參數(shù)、調(diào)用時傳入函數(shù)地址,需要的朋友可以參考下2016-04-04