（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

2024-06-08 06:08
文章标签 动态 函数 指针 object 绑定 静态 多态 override overload slicing overwrite p34 虚表

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！


http://www.chinasem.cn/article/1041387。

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