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C++的多态与虚函数是什么

2023-06-29 17:06:27 145人浏览 安东尼
摘要

这篇文章主要介绍“c++的多态与虚函数是什么”的相关知识,小编通过实际案例向大家展示操作过程,操作方法简单快捷,实用性强,希望这篇“C++的多态与虚函数是什么”文章能帮助大家解决问题。多态性多态性是面向对象程序设计的关键技术之一,若程序设计

这篇文章主要介绍“c++的多态与虚函数是什么”的相关知识,小编通过实际案例向大家展示操作过程,操作方法简单快捷,实用性强,希望这篇“C++的多态与虚函数是什么”文章能帮助大家解决问题。

多态性

多态性是面向对象程序设计的关键技术之一,若程序设计语言不支持多态性,不能称为面向对象的语言,利用多态性技术,可以调用同一个函数名的函数,实现完全不同的功能

在C++中有两种多态性:

  • 编译时的多态

通过函数的重载和运算符的重载来实现的

  • 运行时的多态性

运行时的多态性是指在程序执行前,无法根据函数名和参数来确定该调用哪一个函数,必须在程序执行过程中,根据执行的具体情况来动态地确定;它是通过类继承关系public和虚函数来实现的,目的也是建立一种通用的程序;通用性是程序追求的主要目标之一

通过引用或指针调用时,才可以达到运行时的多态

虚函数

虚函数是一个类的成员函数,定义格式如下:

virtual 返回类型 函数名(参数表);

关键字virtual指明该成员函数为虚函数,virtual仅用于类定义中,如虚函数在类外定义,不可加virtual

我们来看下面代码

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;}}; // 需要公有继承 公有继承代表是一个的意思 // 需要引用或指针调用void fun(Animal& animal){animal.eat(); //对象名称.虚方法()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;}

C++的多态与虚函数是什么

在这里我们可以看到,当我们调用fun()函数时,传入dog对象则调用Dog的方法,传入cat调用Cat方法;这就是所谓的运行时的多态

要想达到运行时的多态(晚绑定)需要满足:

  • 公有继承

  • 有虚函数

  • 必须以指针或引用方式调用虚函数

若发生早绑定,则会调用Animal类型的方法

成员函数应尽可能的设置为虚函数,但必须注意一下几条:

派生类中定义虚函数必须与基类中的虚函数同名外,还必须同参数表,同返回类型;否则被认为是重载,而不是虚函数。如基类中返回基类指针,派生类中返回派生类指针是允许的,这是一个例外

只有类的成员函数才能说明为虚函数,这是因为虚函数仅适用于有继承关系的类对象

静态成员函数,是所有同一类对象公有,不受限于某个对象,不能作为虚函数(友元函数也不可以)

实现动态多态性时,必须使用基类类型的指针变量或引用,使该指针指向该基类的不同派生类的对象,并通过该指针指向虚函数,才能实现动态的多态性

内联函数每个对象一个拷贝,无映射关系,不能作为虚函数

6.析构函数可定义为虚函数,构造函数不可以定义为虚函数,因为在调用构造函数时对象还没有完成实例化;在基类中及其派生类中都动态分配的内存空间时,必须把析构函数定义为虚函数,实现撤销对象时的多态性

函数执行速度要稍慢一些,为了实现多态性,每一个派生类中均要保存相应虚函数的入口地址表,函数的调用机制也是间接实现;所以多态性总要付出一定代价,但通用性是一个更高的目标

如果定义放在类外,virtual只能加在函数声明前面,不能加载函数定义前面;正确的定义必须不包括virtual

虚函数是覆盖,同名函数是隐藏

虚函数编译过程

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(){}

C++的多态与虚函数是什么

此处虚函数表中进行的是同名覆盖,而不像继承关系中,同名成员进行隐藏,就近处理;虚函表仅有一份,存在数据区

在主函数创建对象

int main(){Base base(10);Object* op = &base;}

C++的多态与虚函数是什么

可以看到base的大小为12字节,因为其中基类对象Object,添加了虚表变为了8字节,且在构建过程,首先构建Object基类,此时虚表指针指向Object的虚表,而接着构建Base类的时候,会将虚表指针修改为指向Base的虚表

也就是,当有虚函数时,构造函数除了构建对象初始化对象的数据成员外,还会将虚表的地址给到虚表指针;同时这也是构造函数不可以作为虚函数的原因

int main(){Base base(10);Object* op = NULL;Object obj(0);op = &base;op->add(); //指针或引用调动,则采用运行时多态op->fun();op->print();obj = base;obj.add(); //对象直接调动,则采用编译时多态obj.fun();obj.print();}

C++的多态与虚函数是什么

也就是我们通过,对象名.方法 的方式调用虚函数,则通过编译时多态的方式

C++的多态与虚函数是什么

运行时的多态,是通过查询虚表进行调用;下面通过汇编进一步查看

C++的多态与虚函数是什么

只有进行以指针调用或引用调用的时候才会对虚表进行查询

三层继承

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;}};

C++的多态与虚函数是什么

我们可以看到虚函数表,当我们构建派生类,会复制基类的虚函数表,将虚表指针指向新的虚函数表,并且将同名的虚函数进行覆盖

依旧使用上面代码

int main(){Test t1;Base base;Object obj;t1.fn_a(); //fn_a(&t1);base.fun_a();obj.fn_a();return 0;}

C++的多态与虚函数是什么

这里依然属于动态绑定,所以调用虚表指针指向的相对应类的虚表

关于“C++的多态与虚函数是什么”的内容就介绍到这里了,感谢大家的阅读。如果想了解更多行业相关的知识,可以关注编程网其他教程频道,小编每天都会为大家更新不同的知识点。

--结束END--

本文标题: C++的多态与虚函数是什么

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