(P34)虚函数与多态:多态 ,静态绑定与动态绑定 ,虚函数 ,虚表指针 ,object slicing与虚函数 ,overload,override,overwrite

本文主要是介绍(P34)虚函数与多态:多态 ,静态绑定与动态绑定 ,虚函数 ,虚表指针 ,object slicing与虚函数 ,overload,override,overwrite,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

文章目录

    • 1.多态
    • 2.静态绑定与动态绑定
    • 3.虚函数
    • 4.虚表指针
    • 5.object slicing与虚函数
    • 6.overload、override、overwrite
    • 7.通过引用实现多态

1.多态

  • 多态性是面向对象程序设计的重要特征之一
  • 多态性是指发出同样的消息被不同类型的对象接收时,有可能导致完全不同的行为
    (1)调用同名的函数导致不同的行为
    (2)以一致的观点来看待,从同一个基类派生下来的所有派生类对象,减轻了我们分别设计的负担
  • 多态的实现:
    (1)函数重载:调用同名的函数,静态绑定
    (2)运算符重载,静态绑定
    (3)模板,静态绑定
    (4)虚函数:虚函数是动态绑定的

2.静态绑定与动态绑定

  • 静态绑定
    绑定过程出现在编译阶段,在编译期就已经确定要调用的函数;
  • 动态绑定
    绑定过程工作在程序运行时执行,在程序运行时才确定将要调用的函数;
    动态绑定是通过虚函数来实现的;

3.虚函数

  • 虚函数的概念:在基类中冠以关键字virtual的成员函数
  • 虚函数的定义:
    如果一个函数在基类中被声明为虚函数,则他在所有派生类中都是虚函数
virtual 函数类型 函数名称(参数列表)
  • 只有通过基类指针或者引用调用虚函数才能引发动态绑定

  • 虚函数不能声明为静态的,也不能是友元函数,只能是成员函数
    因为静态函数没有this指针,因为静态函数是类共享的,就不是对象的一部分,就没有办法逐对象的头4个字节vptr虚表指针,进而也没办法找到虚表,所以静态函数不能声明为虚的

  • eg:P34\01.cpp

//演示动态绑定的语法的eg
#include <iostream>
using namespace std;class Base
{
public:virtual void Fun1(){cout<<"Base::Fun1 ..."<<endl;}virtual void Fun2(){cout<<"Base::Fun2 ..."<<endl;}void Fun3(){cout<<"Base::Fun3 ..."<<endl;}
};class Derived : public Base
{
public://void Fun1()没有virtual关键字,Fun1也是虚函数,Fun2类似virtual void Fun1(){cout<<"Derived::Fun1 ..."<<endl;}virtual void Fun2(){cout<<"Derived::Fun2 ..."<<endl;}void Fun3(){cout<<"Derived::Fun3 ..."<<endl;}
};int main(void)
{//基类指针指向派生类对象Base* p;Derived d;p = &d;//调用的是基类的Fun1还是派生类的Fun1是在运行期时决定的p->Fun1();//Fun1是虚函数,基类的指针指向派生类对象,调用的是派生类对象的虚函数p->Fun2();p->Fun3();//Fun3是非虚函数,根据p指针实际类型来调用相应类的成员函数return 0;
}
  • 测试:
    基类指针指向派生类对象,调用的是虚函数时,调用实际所指向的虚函数;
    如果是普通的函数,会依据指针类型来确定调用的函数;
    在这里插入图片描述

  • eg:P34\02.cpp

#include <iostream>
using namespace std;class Base
{
public:virtual void Fun1(){cout<<"Base::Fun1 ..."<<endl;}virtual void Fun2(){cout<<"Base::Fun2 ..."<<endl;}void Fun3(){cout<<"Base::Fun3 ..."<<endl;}Base(){cout<<"Base ..."<<endl;}~Base(){cout<<"~Base ..."<<endl;}
};class Derived : public Base
{
public://void Fun1()没有virtual关键字,Fun1也是虚函数,Fun2类似/*virtual*/ void Fun1(){cout<<"Derived::Fun1 ..."<<endl;}/*virtual*/ void Fun2(){cout<<"Derived::Fun2 ..."<<endl;}void Fun3(){cout<<"Derived::Fun3 ..."<<endl;}Derived(){cout<<"Derived ..."<<endl;}~Derived(){cout<<"~Derived ..."<<endl;}
};int main(void)
{//基类指针指向派生类对象Base* p;p = new Derived;//先构造基类,再构造派生类p->Fun1();//这里派生类的析构函数不会调用,是因为它认为释放的类型是Base*类型,所以只会调用基类的析构函数,因为析构函数不是虚的;//若析构函数是虚的,它认为p所指向的类型是派生类,也就是说p是一个派生类的对象,派生类的释放会先调用基类的析构函数,再调用派生类的析构函数;delete p;return 0;
}
  • 测试:
    析构函数也可以虚的eg
    这里派生类的析构函数不会调用,是因为它认为释放的类型是Base*类型,所以只会调用基类的析构函数,因为析构函数不是虚的
    若析构函数是虚的,它认为p所指向的类型是派生类,也就是说p是一个派生类的对象,派生类的释放会先调用基类的析构函数,再调用派生类的析构函数;
    在这里插入图片描述

  • 何时需要虚析构函数?

  • 当你可能通过基类指针删除派生类对象时,如果没有将基类的析构函数定义为虚析构函数,那么它只会调用基类的析构函数,而不会调用派生类的析构函数,这样就有可能存在内存泄漏的风险

  • 如果你打算允许其他人通过基类指针调用对象的析构函数(通过delete这样做是正常的),并且被析构的对象是有重要的析构函数的派生类的对象,就需要让基类的析构函数作为虚函数。

  • P34\02.cpp

#include <iostream>
using namespace std;class Base
{
public:virtual void Fun1(){cout<<"Base::Fun1 ..."<<endl;}virtual void Fun2(){cout<<"Base::Fun2 ..."<<endl;}void Fun3(){cout<<"Base::Fun3 ..."<<endl;}Base(){cout<<"Base ..."<<endl;}//什么时候用到虚析构函数?//如果一个类要做为多态基类,要将析构函数定义为虚函数,防止内存泄漏virtual ~Base(){cout<<"~Base ..."<<endl;}
};class Derived : public Base
{
public://void Fun1()没有virtual关键字,Fun1也是虚函数,Fun2类似/*virtual*/ void Fun1(){cout<<"Derived::Fun1 ..."<<endl;}/*virtual*/ void Fun2(){cout<<"Derived::Fun2 ..."<<endl;}void Fun3(){cout<<"Derived::Fun3 ..."<<endl;}Derived(){cout<<"Derived ..."<<endl;}//基类的析构函数是虚函数,派生类的自然也变成虚的~Derived(){cout<<"~Derived ..."<<endl;}
};int main(void)
{//基类指针指向派生类对象Base* p;p = new Derived;//先构造基类,再构造派生类p->Fun1();delete p;return 0;
}
  • 测试:
    在这里插入图片描述

4.虚表指针

  • 虚函数的动态绑定是通过虚表来实现的

  • 包含虚函数的类的头4个字节存放指向虚表的指针,即:虚表指针指向虚表

  • eg:P34\03.cpp

#include <iostream>
using namespace std;class Base
{
public:virtual void Fun1(){cout<<"Base::Fun1 ..."<<endl;}virtual void Fun2(){cout<<"Base::Fun2 ..."<<endl;}int data1_;
};//派生类有3个虚函数
class Derived : public Base
{//会覆盖基类的虚函数Fun2()void Fun2(){cout<<"Derived::Fun2 ..."<<endl;}virtual void Fun3(){cout<<"Derived::Fun3 ..."<<endl;}int data2_;
};//使用typedef来定义一个类型
typedef void (*FUNC)();
int main(void)
{cout<<sizeof(Base)<<endl;cout<<sizeof(Derived)<<endl;Base b;long** p = (long**)&b;//p[0][0]指向基类的虚函数Base::Func1FUNC fun = (FUNC)p[0][0];//将p[0][0]指针强制转换为func,强制转换为函数指针类型fun();//会调用到基类的虚函数Derived d;p = (long**)&d;fun = (FUNC)p[0][0];fun();fun = (FUNC)p[0][1];fun();fun = (FUNC)p[0][2];fun();//只有通过基类指针或者基类引用,才有动态绑定//基类指针pp指向派生类对象,会取出对象d的头4个字节,指向虚表,然后从虚表中找到对应的Func2,实施动态绑定//调用Func2进行偏移,偏移到Derived::Fun2,而不是Base::Fun2,结合派生类内存图去看//pp虽然是基类指针类型,但是调用的是派生类的虚函数Base* pp = &d;pp->Fun2();//Func2是虚函数,运行时期才会去确定Func2的入口地址//虚函数可以直接使用,但不是动态绑定,入口地址在编译期就决定了//直接调用是静态绑定d.fun2();return 0;
}
  • 分析
    (1)虚表与虚基类表不一样,虚基类表再虚继承的时候会产生
    基类与派生类的内存模型
    (2)基类大小为什么是8?因为头四个字节存放的是虚表指针(指向虚表的指针),4个字节,所以4(基类只有一个数据成员)+4=8
    (3)基类的内存模型,如下:
    Base类中第一个位置存放的是指针,所以地址是指针的指针,存放的是指针,该指针指向了一张表格;
    虚表vtbl中存放的是函数指针;
    虚表里面有2个虚函数
    在这里插入图片描述
    (4)派生类的内存模型,如下:
    虚表里面有3个虚函数
    在这里插入图片描述

  • 测试,验证如下:

在这里插入图片描述

5.object slicing与虚函数

  • object slicing,对象切割,在向上转型的过程中存在对象切割的问题,即派生类特有的成员消失了
  • eg:P34\04.cpp
#include <iostream>
using namespace std;class CObject
{
public:virtual void Serialize(){cout<<"CObject::Serialize ..."<<endl;}
};class CDocument : public CObject
{
public:int data1_;void func(){cout<<"CDocument::func ..."<<endl;Serialize();}//覆盖基类的虚函数virtual void Serialize(){cout<<"CDocument::Serialize ..."<<endl;}//因为要调用派生类CMyDoc的默认构造函数,也要调用基类CDocument的默认构造函数,所以这里需要定义下//因为CMyDoc类中构造函数初始化列表中并没有给出构造函数,也就没有给出基类的构造,所以需要定义基类的默认构造函数CDocument(){cout<<"CDocument"<<endl;}CDocument(const CDocument& other){cout<<"CDocument(const CDocument& other)"<<endl;}
};//继承func,覆盖CDocument类的Serialize
class CMyDoc : public CDocument
{
public:int data2_;//派生类对象覆盖了上面的基类虚函数virtual void Serialize(){cout<<"CMyDoc::Serialize ..."<<endl;}
};int main()
{//都是最底层的派生类对象CMyDoc mydoc;CMyDoc* pmydoc = new CmyDoc;//定义一个对象,指向派生类对象cout<<"#1 testing"<<endl;mydoc.func();//从实际对象的虚表去查找,找到派生类对应的虚函数cout<<"#2 testing"<<endl;((CDocument*)(&mydoc))->func();//((CDocument*)(&mydoc))相当于基类指针指向派生类对象//由于CMyDoc没有重定义func,所以会调用CDocument中的func//实际指向的对象是mydoc,所以会调用CMyDoc中的Serializecout<<"#3 testing"<<endl;pmydoc->func();cout<<"#4 testing"<<endl;((CDocument)mydoc).func();//mydoc对象强制转化为CDocument对象,向上转型//完完全全将派生类对象转化为基类对象,包括虚表都已经发生了改变,都是CDocument虚表了//向上转型会调用构造函数,这里调用拷贝构造函数,将派生类mydoc对象拷贝构造为CDocument类对象,若没写,所以会//调用默认的拷贝构造函数return 0;
}

该eg源自MFC框架
在这里插入图片描述

  • 测试:
    在这里插入图片描述

6.overload、override、overwrite

  • 成员函数被重载overload的特征
    (1)相同的范围(在同一个类中)
    (2)函数名字相同
    (3)参数不同
    (4)virtual关键字可有可无
  • override覆盖是指派生类函数覆盖基类函数,特征是
    (1)不同的范围(分别位于派生类与基类)
    (2)函数名字相同
    (3)参数相同,返回值相同,完全相同
    (4)基类函数必须有virtual关键字
  • overwrite重定义(派生类与基类)
    (1)不同的范围(分别位于派生类与基类)
    (2)函数名与参数都相同,无virtual关键字
    (3)函数名相同,参数不同,virtual可有可无

7.通过引用实现多态

  • eg:
#include <iostream>#include <cstdio>class Object {std::string type_name;protected:explicit Object(std::string const& type_name) : type_name(type_name) {};public:Object() : type_name("Object") {};Object(Object const& other) : type_name(other.type_name) {};virtual void print() { std::cout << type_name; };virtual ~Object() {};};class Door : public Object {std::string handle;public:Door() : Object("Door"), handle("normal") {}explicit Door(std::string const& handle) : Object("Door"), handle(handle) {}Door(Door const& other) : Object(other.handle), handle(other.handle) {}virtual void print() { Object::print(); std::cout << " " << handle << std::endl; }virtual ~Door() {}};class Book : public Object {std::string title;std::string author;public:Book() : Object("Book"), title(), author() {}Book(std::string author, std::string title) : Object("Book"), author(author), title(title) {}Book(Book const& other) : Object(other.title), title(other.title), author(other.author) {}virtual void print() { Object::print(); std::cout << " " << title << " by " << author << std::endl; }virtual ~Book() {}};void print(Object& object) {object.print();}int main(int argc, const char* argv[]){Object object;Door door("simple");Book book("program", "C++");print(object);std::cout << std::endl;print(door);print(book);system("pause");}
  • 测试:
    在这里插入图片描述

说明:

 int & r = i;
在背后的实现可能为底层引用其实是根据指针const 来塑模
int * const ptr = &i;
  • 参考:通过引用实现C++多态

这篇关于(P34)虚函数与多态:多态 ,静态绑定与动态绑定 ,虚函数 ,虚表指针 ,object slicing与虚函数 ,overload,override,overwrite的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



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