多态性:一个接口,多种方法.程序在运行时才确定调用的函数,是 oop 的核心概念.
- 多态性通过虚函数来实现,子类可以重新定义父类(重写:override).
重写有两种,一种是重写虚函数(体现多态),另一种就是重写成员函数(并没有体现)
和重写相对的另一个概念是重载(overloading),指的是多个重名的函数他们的参数列表不同(个数,类型),编译器通过函数的调用参数列表来决定调用的
- 多态和非多态的本质区别在于:早绑定和晚绑定.函数调用的地址是编译期间就能确定的,那就是非多态;需要在运行的时候才确定,那就是多态
- 面向对象三大特性
1. 封装:模块化代码,实现代码重用
2. 继承扩展已经实现的代码,实现代码重用
3. 多态: 实现接口重用,同一个接口可以自适应到各自对象的实现方法上面去. - 实现多态的方法
1. 声明基类指针,指向一个子类对象
2. 调用虚函数
3. 如果没有多态性,则调用的函数将一直是基类的相应函数,即,函数调用的地址是固定的,不能实现一个接口,多种方法.
#include
using namespace std;
class A
{
public:
void foo()
{
printf("1\n");
}
virtual void fun()
{
printf("2\n");
}
};
class B : public A
{
public:
void foo()
{
printf("3\n");
}
void fun()
{
printf("4\n");
}
};
int main(void)
{
A a;
B b;
A *p = &a;
p->foo();
p->fun();
p = &b;
p->foo();
p->fun();
return 0;
}
输出为
1 2 1 4
对于输出1 2是没有问题的,在第三和第四个输出的时候,因为基类指针指向了子类,而foo()函数没有被虚拟化,所以,这是一个早绑定,只能调用基类的同名函数,fun()是一个基类中的虚函数,所以可以被晚绑定,调用子类中的函数,从而实现了一个借口,多个函数的多态性.
- 小结
1. 如果有 virtual 才有多态(覆盖基类函数)
2. 没有多态,按照原类型调用(隐藏)
纯虚函数:在基类中定义的虚函数,没有定义,派生类需要定义自己的实现方法.
virtual void function() = 0;
派生类中必须进行重写以实现多态性. 含有纯虚函数的类成为抽象类,不能生成对象.
- 编译多态性: 通过重载实现
- 运行多态性: 通过虚函数实现(覆盖)
虚函数表(vtable): 虚函数是通过虚函数表来实现的,这个表主要是一个类虚函数的地址表,这张表解决了继承和多态的问题,保证了真实反映和使用实际的函数.这个表在一个对象实例的最前面,我们可以通过变量虚函数表的函数指针,调用相应的函数.
class Base {
public:
virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }
virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }
};
Base b;
这个对象实例b的结构如下:
-
一对一继承(子类没有覆盖重写虚函数,这样在实际中没有意义,仅为对比)
如果子类也有自己的虚函数,并继承父类的虚函数表,则其虚函数表的结构为:
图片.png
1)虚函数按照声明顺序放在表中
2)父类的虚函数放在子类的前面 -
一对一继承(有虚函数被覆盖)
父子两个对象的表分别如下:
图片.png
则最后子类的虚函数表将为:
1)覆盖的虚函数,父类位置被子类顶替
2)其余顺序不变
因此,如果有
Base *b = new Derive();
b->f();
该父类对象指向的地址是子类的地址,对象b将调用覆盖后的 Derive::f().
这就是多态实现的原理.
-
多重继承(无覆盖)
如果子类对父类的虚函数没有覆盖:
图片.png
那么子类实例中的虚函数表是这样子的:
图片.png
1)每个父类有自己的虚表
2)子类的虚函数在第一个父类之后
3)父类顺序是按照声明顺序来的
当每次设计到这些虚函数的时候,需要对应到相应的虚函数表(根据基类的定义),比如:
Base2 *ptr = new d();
ptr->f() //调用第二个表的第一个函数(Base2 的 f())
-
多重继承(有虚函数覆盖)
图片.png
所有相应的同名虚函数都要被覆盖:
图片.png
安全性
- 子类中没有重载的虚函数虽然出现在第一个虚函数表中,但是相应的父类指针并不能访问这个函数.程序将报错.但是仍然可以通过地址访问的方式调用.
- 对于父类中
private的方法,如果是虚函数,并被子类通过共有继承,那么这个函数将出现在子类的虚函数表中,并可以通过地址访问的方式被调用,这是很危险的.