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【C++】多态(上)

news 2025/9/19 12:14:19

概念：去完成某个行为，当不同的对象去完成时会产生不同的状态。

多态的定义和实现

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。
在继承中构成多态有两个条件：
1.必须通过基类的指针或者引用调用虚函数。
2.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。

#include <iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:virtual void BuyTicket() const{cout << "买票-全价" << endl;}
};
class Student :public Person
{
public:virtual void BuyTicket() const{cout << "买票-半价" << endl;}
};
void func(const Person* p)
{p->BuyTicket();
}
int main()
{Person p;func(&p);Student s;func(&s);return 0;
}

在这里插入图片描述
虚函数：被virtual修饰的类成员函数称为虚函数。
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），称子类虚函数重写了基类的虚函数。
虚函数重写的两个例外：
1.协变（基类与派生类虚函数返回值类型不同）
基类虚函数返回基类对象的指针或引用，派生类虚函数返回派生类对象的指针或引用。

class A
{ };
class B:public A
{ };
class Person
{
public:virtual A* f(){cout << "Person::f()" << endl;return new A;}
};
class Student :public Person
{
public:virtual B* f(){cout << "Student::f()" << endl;return new B;}
};
int main()
{Person p;Student s;A* pa = p.f();delete pa;B* pb = s.f();delete pb;Person* ps = &s;A* pa2 = ps->f();delete pa2;return 0;
}

在这里插入图片描述
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，无论是否加virtual关键字，都与基类的析构函数构成重写。可以理解为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.
在这里插入图片描述
这里我们期望p->destructor()是一个多态调用，而不是普通调用。
C++11 override和final
C++对函数重写的要求比较严格，但有些情况下由于疏忽可能导致函数名字母次序写反而无法构成重载，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取结果才来调试会得不偿失，因此，C++提供了override和final两个关键字，可帮助用户检测是否重写。
1.final：修饰虚函数，表示虚函数不能再被重写。
在这里插入图片描述
2.override:检查派生类虚函数是否重写了基类某个虚函数，如果没有重写则编译报错。

重载，覆盖（重写），隐藏（重定义）的对比

多态的原理

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

sizeof(Base)是多少？
答案是8字节。除了_b成员，还多一个_vfptr放在对象的前面（有些平台会放在对象的后面），对象中的这个指针叫做虚函数表指针（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，虚函数表简称虚表。
在这里插入图片描述

class Base
{
public:virtual void Func1(){cout << "Base::Func1()" << endl;}virtual void Func2(){cout << "Base::Func2()" << endl;}void Func3(){cout << "Base::Func3()" << endl;}
private:int _b = 1;
};
class Derive :public Base
{
public:virtual void func1(){cout << "Derive::Func1()" << endl;}
private:int _d = 2;
};
int main()
{Base b;Derive d;return 0;
}

1.派生类对象d中也有一个虚表指针，d对象由两部分构成，一部分是父类继承下来的成员，虚表指针存在部分的另一部分是自己的成员。
2.基类b对象和派生类d对象虚表是不一样的，这里我们发现Func1完成了重写，所以d的虚表中存的是重写的Derive::Func1,所以虚函数的重写也叫覆盖。覆盖就是指虚表中虚函数的覆盖。重写是语法的叫法，覆盖是原理层的叫法。
3.另外Func2继承下来后是虚函数，所以放进了虚表，Func3也继承下来了，但是不是虚函数，所以不会放进虚表。
4.虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组，一般情况下这个数组最后放了一个nullptr。
5.总结一下派生类的虚表生成：a.先将基类中的虚表内容拷贝一份到派生类虚表中。b.如果派生类重写了基类中的某个虚函数，用派生类自己的虚函数覆盖虚表中基类的虚函数。c.派生类自己新增加的虚函数按其在派生类中的声明次序增加到派生类虚表的最后。
6.虚函数存在哪？虚表存在哪？**虚函数和普通函数一样，都存在于代码段，只是它的指针存到了虚表中。**对象中存的是虚表指针。虚表存在哪呢？在vs下是存在代码段的。
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