C++进阶-----------多肽

1. 多态的概念

1.1 概念 多态的概念：通俗来说，就是多种形态，具体点就是去完成某个行为，当不同的对象去完成时会产生出不同 的状态。 举个栗子：比如买票这个行为，当普通人买票时，是全价买票；学生买票时，是半价买票；军人买票时是优 先买票。 再举个栗子： 最近为了争夺在线支付市场，支付宝年底经常会做诱人的扫红包-支付-给奖励金的活动。那么 大家想想为什么有人扫的红包又大又新鲜8块、10块...，而有人扫的红包都是1毛，5毛....。其实这背后也是 一个多态行为。支付宝首先会分析你的账户数据，比如你是新用户、比如你没有经常支付宝支付等等，那么 你需要被鼓励使用支付宝，那么就你扫码金额 = random()%99；比如你经常使用支付宝支付或者支付宝账户 中常年没钱，那么就不需要太鼓励你去使用支付宝，那么就你扫码金额 = random()%1；总结一下：同样是 扫码动作，不同的用户扫得到的不一样的红包，这也是一种多态行为

2. 多态的定义及实现

2.1  多态的构成条件

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。比如Student继承了Person。 Person对象打印Person Paint()，Student对象Student Paint()。 那么在继承中要构成多态还有两个条件：

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

class Person
{
public:
	virtual void Paint()
	{
		cout << "Person Paint()" << endl;
	}
};
class Student : public Person
{
public:
	virtual void Paint()
	{
		cout << "Student Paint()" << endl;
	}
};
void func(Person& p)
{
	p.Paint();
}
int main()
{
	Person p;
	Student s;
	func(p);
	func(s);
}

 2.2 虚函数

虚函数：即被virtual修饰的类成员函数称为虚函数。

	virtual void Paint()
	{
		cout << "Person Paint()" << endl;
	}

2.3虚函数的重写

        

class Person
{
public:
	virtual void Paint()
	{
		cout << "Person Paint()" << endl;
	}
};
/*注意：在重写基类虚函数时，派生类的虚函数在不加virtual关键字时，虽然也可以构成重写(因为继承后
基类的虚函数被继承下来了在派生类依旧保持虚函数属性),但是该种写法不是很规范，不建议这样使用*/
class Student : public Person
{
public:
	virtual void Paint()
	{
		cout << "Student Paint()" << endl;
	}
};
void func(Person& p)
{
	p.Paint();
}
int main()
{
	Person p;
	Student s;
	func(p);
	func(s);
}

        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)，称子类的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) 派生类重写基类虚函数时，与基类虚函数返回值类型不同。即基类虚函数返回基类对象的指针或者引 用，派生类虚函数返回派生类对象的指针或者引用时，称为协变

class A{};
class B : public A {};
class Person
{
public:
	virtual A* Paint()
	{
		return nullptr;
	}
};
class Student : public Person
{
public:
	virtual B* Paint()
	{
		return nullptr;
	}
};
void func(Person& p)
{
	p.Paint();
}
int main()
{
	Person p;
	Student s;
	func(p);
	func(s);
}

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，虽然基类与派生类析构函数名字不同。虽然函数名不相同，看起来违背了重写的规 则，其实不然，这里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。 

class Person
{
public:
	virtual ~Person()
	{
		cout << "~person()" << endl;
	}
};
class Student : public Person
{
public:
	~Student()
	{
		cout << "~student()" << endl;
	}
};

int main()
{
	Person* p1 = new Person;
	Person* p2 = new Student;
	delete p1;
	delete p2;
}

2.4 C++11 override 和 final 从上面可以看出，C++对函数重写的要求比较严格，但是有些情况下由于疏忽，可能会导致函数名字母次序 写反而无法构成重写，而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期结果才来 debug会得不偿失，因此：C++11提供了override和final两个关键字，可以帮助用户检测是否重写。

 

改图展示了被final修饰的虚函数是不能被重写的。

改图展示了被final修饰的基类不能被继承。 如果不用这种方式，就只能让基类的构造函数设置为private

2. override: 检查派生类虚函数是否重写了基类某个虚函数，如果没有重写编译报错。

class Person
{
public:
	virtual void Paint() 
	{
		cout << "Person Paint()" << endl;
	}
};
class Student : public Person
{
public:
	virtual void Paint() override 
	{
		cout << "Student Paint()" << endl;
	}
};
void func(Person& p)
{
	p.Paint();
}
int main()
{
	Person p;
	Student s;
	func(p);
	func(s);
}

 2.5 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

3. 抽象类

 3.1 概念 

        在虚函数的后面写上 =0 ，则这个函数为纯虚函数。包含纯虚函数的类叫做抽象类（也叫接口类），抽象类 不能实例化出对象。派生类继承后也不能实例化出对象，只有重写纯虚函数，派生类才能实例化出对象。纯 虚函数规范了派生类必须重写，另外纯虚函数更体现出了接口继承。

class Car
{
public:
	virtual void Drvie() = 0;
};
class ChangAn : public Car
{
public:
	virtual void Drvie()
	{
		cout << "ChangAn Drvie()" << endl;
	}
};
class BenTian : public Car 
{
public:
	virtual void Drvie()
	{
		cout << "BenTian Drvie()" << endl;
	}
};
int main()
{
	Car* p1 = new ChangAn;
	Car* p2 = new BenTian;
	p1->Drvie();
	p2->Drvie();
}

 3.2 接口继承和实现继承

        普通函数的继承是一种实现继承，派生类继承了基类函数，可以使用函数，继承的是函数的实现。虚函数的 继承是一种接口继承，派生类继承的是基类虚函数的接口，目的是为了重写，达成多态，继承的是接口。所 以如果不实现多态，不要把函数定义成虚函数。

4. 多态的原理

4.1虚函数表

/ 这里常考一道笔试题：sizeof(Base)是多少？
class Base
{
public:
 virtual void Func1()
 {
 cout << "Func1()" << endl;
 }
private:
 int _b = 1;
}

5. 单继承和多继承关系中的虚函数表

 

        通过观察测试我们发现b对象是8bytes，除了_b成员，还多一个__vfptr放在对象的前面(注意有些平台可能会 放到对象的最后面，这个跟平台有关)，对象中的这个指针我们叫做虚函数表指针(v代表virtual，f代表 function)。一个含有虚函数的类中都至少都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， 虚函数表也简称虚表，。那么派生类中这个表放了些什么呢？我们接着往下分析

通过观察和测试，我们发现了以下几点问题：

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，虚表指针也就 是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作覆盖，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，一般情况这个数组最后面放了一个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. 这里还有一个童鞋们很容易混淆的问题：虚函数存在哪的？虚表存在哪的？ 答：虚函数存在虚表，虚表 存在对象中。注意上面的回答的错的。但是很多童鞋都是这样深以为然的。注意虚表存的是虚函数指 针，不是虚函数，虚函数和普通函数一样的，都是存在代码段的，只是他的指针又存到了虚表中。另外 对象中存的不是虚表，存的是虚表指针。那么虚表存在哪的呢？实际我们去验证一下会发现vs下是存在 代码段的，Linux g++下大家自己去验证？

在vs下虚函数离常量去最近

Linux下查看也是离常量区最近

 

 下面我们可以打印一下虚函数表

typedef void (*VF_PTR)();
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;
};

void func(VF_PTR* table)
{
	for (int i = 0; table[i] != nullptr; ++i)
	{
		printf("%p->", table[i]);
		VF_PTR f = table[i];
		f();
	}
	cout << endl << endl;
} 
int main()
{
	Base b;
	Derive d;
	func((VF_PTR*)(*(void ** )&b));
	func((VF_PTR*)(*(void**)&d));
	return 0;
}

 

 5.2 多继承中的虚函数表

class Base1 {
public:
	virtual void func1() { cout << "Base1::func1" << endl; }
	virtual void func2() { cout << "Base1::func2" << endl; }
private:
	int b1;
};
class Base2 {
public:
	virtual void func1() { cout << "Base2::func1" << endl; }
	virtual void func2() { cout << "Base2::func2" << endl; }
private:
	int b2;
};
class Derive : public Base1, public Base2 {
public:
	virtual void func1() { cout << "Derive::func1" << endl; }
	virtual void func3() { cout << "Derive::func3" << endl; }
private:
	int d1;
};
typedef void(*VFPTR) ();
void PrintVTable(VFPTR vTable[])
{
	cout << "adress" << vTable << endl;
	for (int i = 0; vTable[i] != nullptr; ++i)
	{
		printf("%p->",vTable[i]);
		VFPTR f = vTable[i];
		f();
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	Derive d;
	VFPTR* vTableb1 = (VFPTR*)(*(int*)&d);
	PrintVTable(vTableb1);
	VFPTR* vTableb2 = (VFPTR*)(*(int*)((char*)&d + sizeof(Base1)));
	PrintVTable(vTableb2);
	return 0;
}