关于c++:C多态

什么是多态

• 多态是指调用同一个函数时，呈现不同的成果。

多态分类

• 动态的多态：函数重载就是动态的多态
• 动静的多态：用父类的指针或援用调用虚函数

虚函数

• 虚函数是指：类的成员函数被 virtual 润饰的函数（一般函数不能用 virtual 润饰）

• 留神：

  • 内联函数理论是没有地址的，然而如果内联函数被 virtual 润饰，则编译器会疏忽函数的内联属性，把它当做失常函数应用。
  • 动态成员函数是不能作为虚函数的，因为动态函数调用时不会隐式传入 this 指针，所以动态成员函数无奈放入虚函数表。
  • 构造函数不能是虚函数，因为构造函数阶段，虚表还没有初始化，所以构造函数不能是虚函数。

• 有虚函数的类，编译器会主动减少一个成员变量（虚表指针，指向虚表 (函数指针数组)）

  • 例如下列类，sizeof(A) == 12
  • 理论的成员变量为：1 个指针类型，一个 int 类型，一个 char 类型
  • 依据对齐规定，所以类的大小为 12 字节。

class A
{
public:
    virtual void test()   // 这个就是虚函数
    {}
    int a;
    char b;
}

继承中形成多态的条件

• 必须通过父类的指针或援用调用虚函数

• 被调用的函数必须是虚函数，且子类必须对虚函数进行笼罩。

  • 留神：虚函数的笼罩，必须是返回类型、函数名、参数列表都雷同才行。
  • 如果返回值是父类、子类的指针或援用时，返回值不同也能够形成虚函数笼罩（协变）
  • 如果父类的析构函数为虚函数，则子类的析构函数只有定义（无论是否 virtual 润饰），都与父类的虚析构函数形成笼罩。（析构函数自身函数名就不雷同）

class A
{
public:
    virtual void test()   // 这个就是虚函数
    {}}

class B
{
  public:
    virtual void test()   // 笼罩父类的虚函数
    {}}

虚函数的重写（笼罩）

• 子类会继承父类的虚函数，如果子类有父类虚函数的重写时，就会将重写的虚函数地址笼罩父类虚函数的地址。

• 留神：虚函数的重写，是从新实现父类的虚函数，所以重写的函数参数要应用父类的参数。
• 下列代码运行后果为：B->0

class A
{
public:
    virtual void test1(int a = 0)
    {cout << "A->" << a << endl;}
    virtual void test()   // 父类函数被子类调用
    {test1(); // 这里其实隐含了一个 this，即 this->test1()
          // 子类调用 test，传递指针 p，所以这里是 p->test1()}
    
};

class B :public A
{
public:
    virtual void test1(int a = 1)
    {
        cout << "B->" << a << endl; 
              // 实践上这里应该是输入 B ->1
              // 然而这个函数重写父类的函数，是实现父类的函数
              // 所以 a 在这里要应用父类的 a = 0
    }
};


int main()
{
    B* p = new B;  // 创立子类
    p->test();    // 子类调用父类成员
    
    return 0;
}

虚析构函数的笼罩

• 下列 类 A 的析构函数被申明为虚函数，子类的析构函数与父类形成笼罩

class A
{
public: 
    virtual ~A()    // 父类的析构函数申明为虚函数
    {cout << "~A" << endl;}
};

class B :public A
{
public:
    ~B()   // 与父类的虚析构函数形成笼罩
    {cout << "~B" << endl;}
};

int main()
{
    A* p1 = new A;
    A* p2 = new B;
    delete p1;
    delete p2;
    return 0;
}

• 形成笼罩后，delete p2 时，会先调用子类的析构函数，再调用父类的析构函数。
• 如果没有形成笼罩，则 delete p2 时只会调用父类的析构函数。

关键字 final 和 override

• final：润饰虚函数，使虚函数不能被笼罩。（加在父类中）

  • final 润饰类时，示意这个类不能被继承。
• override：润饰虚函数，检测是否正确笼罩。（加在子类中）

class A
{
public:
    virtual void test()final   // 使该虚函数不能笼罩
    {}}

class B: public A
{
public:
    virtual void test()override // 查看虚函数是否正确笼罩
    {}}

重载、笼罩、暗藏的比照

• 重载：

  • 两个函数在同一作用域
  • 函数名雷同，参数不同

• 笼罩：

  • 两个函数别离在父类和子类中
  • 函数名、参数、返回值必须雷同（协变除外）
  • 两个函数必须是虚函数

• 暗藏：

  • 父类和子类领有同名成员，当调用这些同名成员时，无奈确定调用的是父类还是子类
  • 所以子类不能间接调用父类的成员，必须指明这个成员属于哪个类。
  • 即子类成员屏蔽了父类成员的间接拜访（这就是暗藏）

  纯虚函数（抽象类）

• 在虚函数前面加上 =0，则这个函数为纯虚函数。
• 蕴含纯虚函数的类叫做抽象类（接口类），抽象类不能实例化出对象。
• 子类继承抽象类后也不能实例化出对象，只有笼罩（重写）纯虚函数，子类能力实例化出对象。
• 纯虚函数强制子类必须笼罩函数，更加体现出接口继承。
• 纯虚函数不须要实现性能，只须要申明（重写时再实现性能）

class A  // 抽象类
{
public:
    virtual void test() = 0;   // 纯虚函数}

虚表与虚表指针

• 虚表全称虚函数表，用来寄存类中所有虚函数的指针，一个类只会有一份虚表（无论创立多少个对象）
• 虚表会在编译阶段生成，在运行阶段应用。
• 虚表指针全称虚函数表指针，指向虚函数表。
• 虚表指针是编译器主动创立的，在程序运行时，会依据对象类型去初始化虚表指针，从而让虚表指针指向所属类的虚表。
• 留神：对象的前四个字节就是虚表的地址，虚表寄存在常量区（虚表是不能人为更改的）

多态的示例

class A
{
public:
    virtual void test() // 父类虚函数
    {cout << "A 的类" << endl;}
};

class B :public A
{
public:
    virtual void test()   // 虚函数的笼罩
    {cout << "B 的类" << endl;}
};

void f1(A& p)  // 应用援用
{p.test();
}

void f2(A p)
{p.test();
}

int main()
{
    A aa;
    B bb;
    f1(aa);   // 输入 A 的类
    f1(bb);   // 输入 B 的类

    f2(aa);   // 输入 A 的类
    f2(bb);   // 输入 A 的类
    return 0;
}

• void f1(A& p) 应用父类的援用，援用无需拷贝，间接将传递的参数拿来应用，所以能够别离调用父类的 test() 和子类的 test()。
• void f2(A p) 应用父类的对象，相当于值传递，须要拷贝出一个长期变量，而拷贝时是不会拷贝虚表指针，虚表指针在程序运行时依据对象类型去初始化（对象 p 的类型是 A，所以虚表指针指向 A 的虚表）
• 所以 void f2(A p) 函数中，无论传递哪种子类的对象，最终调用的虚函数都是会是 A 父类的虚函数。