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多態性
多態性是面向對象程序設計的關鍵技術之一，若程序設計語言不支持多態性，不能稱為面向對象的語言，利用多態性技術，可以調用同一個函數名的函數，實現完全不同的功能
在C++中有兩種多態性：
- 編譯時的多態
通過函數的重載和運算符的重載來實現的
- 運行時的多態性
運行時的多態性是指在程序執行前，無法根據函數名和參數來確定該調用哪一個函數，必須在程序執行過程中，根據執行的具體情況來動態地確定；它是通過類繼承關系public和虛函數來實現的，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之一
通過引用或指針調用時，才可以達到運行時的多態
虛函數
虛函數是一個類的成員函數，定義格式如下：
virtual 返回類型 函數名（參數表）；
關鍵字virtual指明該成員函數為虛函數，virtual僅用于類定義中，如虛函數在類外定義，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，當我們調用fun()函數時，傳入dog對象則調用Dog的方法，傳入cat調用Cat方法；這就是所謂的運行時的多態
要想達到運行時的多態（晚綁定）需要滿足：
- 公有繼承
- 有虛函數
- 必須以指針或引用方式調用虛函數
若發生早綁定，則會調用Animal類型的方法
成員函數應盡可能的設置為虛函數，但必須注意一下幾條：
1.派生類中定義虛函數必須與基類中的虛函數同名外，還必須同參數表，同返回類型；否則被認為是重載，而不是虛函數。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.只有類的成員函數才能說明為虛函數，這是因為虛函數僅適用于有繼承關系的類對象
3.靜態成員函數，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（友元函數也不可以）
4.實現動態多態性時，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，才能實現動態的多態性
5.內聯函數每個對象一個拷貝，無映射關系，不能作為虛函數
6.析構函數可定義為虛函數，構造函數不可以定義為虛函數，因為在調用構造函數時對象還沒有完成實例化；在基類中及其派生類中都動態分配的內存空間時，必須把析構函數定義為虛函數，實現撤銷對象時的多態性
7.函數執行速度要稍慢一些，為了實現多態性，每一個派生類中均要保存相應虛函數的入口地址表，函數的調用機制也是間接實現；所以多態性總要付出一定代價，但通用性是一個更高的目標
8.如果定義放在類外，virtual只能加在函數聲明前面，不能加載函數定義前面；正確的定義必須不包括virtual
虛函數是覆蓋，同名函數是隱藏
虛函數編譯過程
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()
{
}
此處虛函數表中進行的是同名覆蓋，而不像繼承關系中，同名成員進行隱藏，就近處理；虛函表僅有一份，存在數據區
在主函數創建對象
int main()
{
Base base(10);
Object* op = &base;
}
可以看到base的大小為12字節，因為其中基類對象Object，添加了虛表變為了8字節，且在構建過程，首先構建Object基類，此時虛表指針指向Object的虛表，而接著構建Base類的時候，會將虛表指針修改為指向Base的虛表
也就是，當有虛函數時，構造函數除了構建對象初始化對象的數據成員外，還會將虛表的地址給到虛表指針;同時這也是構造函數不可以作為虛函數的原因
int main()
{
Base base(10);
Object* op = NULL;
Object obj(0);
op = &base;
op->add(); //指針或引用調動，則采用運行時多態
op->fun();
op->print();
obj = base;
obj.add(); //對象直接調動，則采用編譯時多態
obj.fun();
obj.print();
}
也就是我們通過，對象名.方法?的方式調用虛函數，則通過編譯時多態的方式
運行時的多態，是通過查詢虛表進行調用；下面通過匯編進一步查看
只有進行以指針調用或引用調用的時候才會對虛表進行查詢
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表，當我們構建派生類，會復制基類的虛函數表，將虛表指針指向新的虛函數表，并且將同名的虛函數進行覆蓋
依舊使用上面代碼
/*
void fn_a()
{
fun(); //this->fun(); 屬于動態綁定！
}
*/
int main()
{
Test t1;
Base base;
Object obj;
t1.fn_a(); //fn_a(&t1);
base.fun_a();
obj.fn_a();
return 0;
}
這里依然屬于動態綁定，所以調用虛表指針指向的相對應類的虛表
總結
原文鏈接：https://blog.csdn.net/XXXTENTAC1ON/article/details/123716414
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