C++学习笔记（13）——利用对象、引用、指针调用虚函数

本博客（ http://blog.csdn.net/livelylittlefish ）贴出作者（三二一、小鱼）相关研究、学习内容所做的笔记，欢迎广大朋友指正！

             

                   

利用对象、引用、指针调用虚函数 

                    

                 

虚函数实现原理说明：

                    

        在“ C++学习笔记（12）——多态与虚函数 ”中，每个类的大小比起所有成员数据多4个字节，表明有虚函数的类的大小还要加上一个紧缩的空指针类型的大小。这说明了该在包含虚函数的类中，编译系统自动加入了一些表明类型的信息。

　　当一个类中拥有虚函数时，编译系统将为该类创建一个数组VTABLE。VTABLE的元素是虚函数的地址，且同一虚函数的地址在基类和派生类的VTABLE中相对首位置的偏移是一样的。同时，编译系统还加入了相应的调用虚函数的代码。所有这些都是不需要程序员作的工作，由系统自动完成。在初始化该类对象时，将加入一个指向VTABLE的指针，这个指针一般称为VPTR。一般来说，VPTR位于该类对象的存储单元的最开始部位。

                          
　　这样，当VPTR被正确的初始化之后，便指向了该对象的VTABLE，从而在对象及其特定的虚函数定义间建立了联系。从虚函数调用的意义上来说，VPTR表明了类型信息，因为它使得调用与类型相符合。

 

        本例（见下文）可以看到，不管类层次进行了多少扩充，对于已有类对象的操作都不必作出改动。从这一点来看，虚函数所体现的运行时多态，大大提高了软件的可扩充性。我们知道，系统的设计者在初期集中于整个系统框架的合理构建，而在后期进行具体问题的分析，并逐渐扩充该框架。运行时多态保证了分析、设计、实现和扩充各个阶段的统一，使得系统的设计者在各阶段可以集中于眼前的工作，而不必为了以后不可预见的变化付出代价。

 

虚函数总结：

      

       虚函数只能是类成员函数，它在基类体内部说明，目的是提供一种接口界面；


       虚函数不能是友元函数（即非成员函数），也不能是静态成员函数，因为虚函数调用要靠特定的对象来决定该激活哪个函数。虚函数可以在另一个类中被声明为友元函数；

   一旦一个函数定义为虚函数，那么无论它传下多少层，都将保持为虚函数，而不必每次都加关键字virtual；

                        

   基类的虚函数可在一个或多个派生类中被重新定义，但其原型与基类必须完全相同（即返回类型、函数名、参数个数、类型及顺序一样），否则系统将认为派生类中的函数是重载的，而非虚函数；如果仅有返回类型不同，那么编译将出错；

                          

   要虚函数发挥作用，必须用基类的指针（或引用）指向派生类的对象，并用指针（或引用）调用虚函数。也就是说，只有用地址才能体现运行多态性。因为不论是指向基类还是指向派生类的指针（引用），大小都是一样的，这样才能用基类指针指向派生类对象。这时，指针提供的信息是不完全的，在编译阶段不知道应该调用虚函数的哪个版本。而如果用对象调用虚函数，由于类型已经确定了，因此编译系统很可能采用预绑定；

                                                      

   由于包含虚函数的基类指针可以指向其不同的派生类，并可执行不同版本的虚函数，提供了实现程序运行的多态性方法，因而将包含虚函数的类称为多态类。

                   

虚函数与一般重载函数的区别：

                              

       重载函数在类型和参数数量上一定不相同，而重定义的虚函数则要求参数的类型和个数、函数返回类型相同；
   虚函数必须是类的成员函数，重载的函数则不一定是这样；
   构造函数可以重载，但不能是虚函数，析构函数可以是虚函数。

                     

指针的转换规则：

                        

       指向基类的指针，可以指向它的公有派生的对象，但不能指向私有派生的对象；
   只能利用它直接访问派生类从基类继承来的成员，不能直接访问公有派生类中特定的成员；
   不能将指向派生类对象的指针指向其基类的一个对象。

                             

       当虚函数在操作中引用的基类数据成员无法被派生类直接引用时（例如被隐藏的成员），便会出现错误。为了使用虚函数达到最好的动态联编效果，一般应以该虚函数第一次出现的类的引用体或指针作为参数，避免不确定因素。                         

                     

 

代码如下：

           

               

/**/ /************************************************************************
* 利用对象、引用、指针调用虚函数
************************************************************************/
#include  < IOSTREAM.H >
// 基类
class  CBase
... {
    int x;
public:
    CBase(int n) ...{x=n;}
    virtual void PrintX() ...{cout<<"CBase::PrintX : "<<x<<endl;}
} ;

// 派生类
class  CDerive :  public  CBase
... {
    int x;
public:
    CDerive(int n1,int n2):CBase(n1) 
...{    x=n2;    }
    void PrintX() 
    ...{    cout<<"CDerive::PrintX : "<<x<<endl;
        CBase::PrintX();
    }
} ;

// 子派生类
class  CSubDerive :  public  CDerive
... {
    int x;
public:
    CSubDerive(int n1,int n2,int n3):CDerive(n1,n2)
    ...{    x=n3;    }
    void PrintX()
    ...{    cout<<"CSubDerive::PrintX : "<<x<<endl;
        CDerive::PrintX();
    }
} ;

void  main()
... {   cout<<"CBase size = "<<sizeof(CBase)<<endl;    
    cout<<"CDerive size = "<<sizeof(CDerive)<<endl;
    cout<<"CSubDerive size = "<<sizeof(CSubDerive)<<endl;
    cout<<endl;

    CBase obj1(1);    
CDerive obj2(2,3);
CSubDerive obj3(4,5,6);
    obj1.PrintX();
    obj2.PrintX();
    obj3.PrintX();
    cout<<endl;

    CBase *pObj1=&obj1;    
    CDerive *pObj2=&obj2;    
    CSubDerive *pObj3=&obj3;
    pObj1->PrintX();
    pObj2->PrintX();
    pObj3->PrintX();
    cout<<endl;

    CBase *pObj[]=...{pObj1,pObj2,pObj3};
    pObj[0]->PrintX();
    pObj[1]->PrintX();
    pObj[2]->PrintX();
    cout<<endl;

    CBase &yobj1=obj1;
    CBase &yobj2=obj2;
    CBase &yobj3=obj3;
    yobj1.PrintX();
    yobj2.PrintX();
    yobj3.PrintX();
}

 

                  

               

1.  运行结果如下（4组打印语句的打印结果完全一样，在此只给出前两组打印语句的画面）：

             

                

              

2.  对象的内容：

           

      

               

              

3.  三个对象的地址及内容：

                

              

              

                   

                

4.  基类指针指向三个对象时，指针的详细内容：

              

        

               

            

5.  基类对象引用三个对象：