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Hello,C++(5)多态

时间:2019-05-11 09:13:49      阅读:133      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:静态编译   作用域   return   use   public   类对象   相同   函数   速度   

多态

问题引出:

如果子类定义了与父类中原型相同的函数会发生什么?(赋值兼容性原则遇上函数重写)

函数重写:

在子类中定义与父类中原型相同的函数,函数重写只发生在父类与子类之间。

class Parent

{

public:
         void print()
         {
                 cout<<"Parent:print() do..."<<endl;
         }
};

class Child : public Parent

{

public:
          void print()
        {
                  cout<<"Child:print() do..."<<endl;
         }
};

int main01()

{

    run00();
    Child child;
    Parent *p = NULL;
    p = &child;
    child.print();
    child.Parent::print();

    system("pause");
    return 0;

}

父类中被重写的函数依然会继承给子类

默认情况下子类中重写的函数将隐藏父类中的函数

通过作用域分辨符::可以访问到父类中被隐藏的函数

#include <iostream>
using namespace std;
class Parent
{
public:
          void print()
         {
                  cout<<"Parent:print() do..."<<endl;
         }
};

class Child : public Parent
{
public:
          void print()
         {
                  cout<<"Child:print() do..."<<endl;
         }
};

void howToPrint(Parent* p)

{

        p->print();

}

void run00()

{

         Child child;

         Parent* pp = &child;

         Parent& rp = child;

         //child.print();

         //通过指针

         //pp->print();

         //通过引用

         //rp.print();

         howToPrint(&child);

}

int main()

{

         run00();

         Child child;

         Parent *p = NULL;

         p = &child;

         child.print();

         child.Parent::print();

         system("pause");

         return 0;

}

1、在编译此函数的时,编译器不可能知道指针 p 究竟指向了什么。

2、编译器没有理由报错。

3、于是,编译器认为最安全的做法是编译到父类的print函数,因为父类和子类肯定都有相同的print函数。

 

解决方案

  • C++中通过virtual关键字对多态进行支持(在父类的成员函数前写)
  • 使用virtual声明的函数被重写后即可展现多态特性

多态实例

案例场景: 

英雄战机HeroFighter , AdvHeroFighter 分别和敌机EnemyFighter 战斗.

 

#include "iostream"
using namespace std;
class HeroFighter
{
public:
         virtual int ackPower()
         {
                  return 10;
         }
};
class AdvHeroFighter : public HeroFighter
{
public:
         virtual int ackPower()
         {
                  return HeroFighter::ackPower()*2;
         }
};
class enemyFighter
{
public:
         int destoryPower()
         {
                  return 15;
         }
};
void objPK(HeroFighter *hf, enemyFighter *enemyF)
{
         if (hf->ackPower() >enemyF->destoryPower())
         {
                 printf("英雄打败敌人。。。胜利\n");
         }
         else
         {
                  printf("英雄。。。牺牲\n");
         }
}
void main()
{
         HeroFighter hf;
         enemyFighter ef;
         objPK(&hf, &ef);
         AdvHeroFighter advhf;
         objPK(&advhf, &ef);
         system("pause");
}

 

多态工程意义

面向对象3大概念

封装

         突破了C语言函数的概念

继承

         代码复用

多态

         多态可以使用未来的代码,例如80年代写了一个框架(对象唱戏的舞台)90年代写的代码可以调用该框架

         多态是我们软件行业追寻的一个目标

 

多态成立的条件

//指针存在的意义:间接赋值

成立的3个条件

//1 定义两个变量。。。

//2 建立关联 。。。。

//3 *p

 

多态成立的三个条件

1、要有继承

2、要有函数重写。。。 虚函数(迟绑定技术)

没有指定虚函数,  那么它就只能访问到类型对应的函数
基类指针就只能访问到基类函数
子类指针就只能访问到子类函数

3、要有父类指针(或引用)指向子类对象(给对象搭建的舞台)

//多态是设计模式的基础,多态是框架的基础  

参考

https://www.cnblogs.com/howo/p/8531449.html

 

多态的理论基础

静态联编和动态联编

1、联编是指一个程序模块、代码之间互相关联的过程。

2、静态联编(static binding),是程序的匹配、连接在编译阶段实现,也称为早期匹配。

    重载函数使用静态联编。(不写virtual关键字)

3、动态联编是指程序联编推迟到运行时进行,所以又称为晚期联编(迟绑定)。(编译器看到virtual关键字对函数特殊处理)

switch 语句和 if 语句是动态联编的例子。

4、理论联系实际

1、C++与C相同,是静态编译型语言

2、在编译时,编译器自动根据指针的类型判断指向的是一个什么样的对象;所以编译器认为父类指针指向的是父类对象。

3、由于程序没有运行,所以不可能知道父类指针指向的具体是父类对象还是子类对象

从程序安全的角度,编译器假设父类指针只指向父类对象,因此编译的结果为调用父类的成员函数。这种特性就是静态联编。因为基类指针,只能调用自己的函数,无法通过基类指针调用到子类的成员函数的(除非采用virtual,也就是迟绑定技术)。

虚函数

虚拟函数就是为了对“如果你以一个基础类指针指向一个衍生类对象,那么通过该指针,你只能访问基础类定义的成员函数”这条规则反其道而行之的设计。虚函数通过动态绑定技术实现了C++的运行时的多态性。让我们可以通过基类的指针或者引用调用派生类的方法。C++中还有一个多态性是编译时的多态,通过模版实现。

《Effective C++》条款 07 p44:

  • 带多态性质的base classes应该声明一个virtual析构函数。如果class带有任何virtual函数,它就应该拥有一个virtual析构函数
  • Classes的设计目的如果不是作为base classes 使用,或不是为了具备多态性,就不该声明virtual析构函数。

 

动态绑定的是怎么实现的?

1、为每个含义虚函数的类创建一个虚函数表VTable,存到常量区,依次存放虚函数的地址。对于每个派生类来说,如果没有重写基类的虚函数,那么派生类的虚函数表中的函数地址还是基类的那个虚函数地址。

2、为每个含有虚函数的对象创建一个指向VTable的指针VPtr,所以说同类对象的VPtr是一样的。

3、当基类指针指向派生类时,放生了强制转换,基类的指针指向了派生类的VPtr,这样当pBase->func()时,就可以调用派生类的func()了。

4、没有虚函数的类也就没有VTable表了,或者这个表为空。这样基类指针自然调用不到派生类的函数了。

C++中多态的实现原理

当类中声明虚函数时,编译器会在类中生成一个虚函数表

虚函数表是一个存储类成员函数指针的数据结构

虚函数表是由编译器自动生成与维护的

virtual成员函数会被编译器放入虚函数表中 

存在虚函数时,每个对象中都有一个指向虚函数表的指针(vptr指针) 

C++编译器为每一个类定义对象的时候,它会在每一个类后面布局一个vptr指针。Vptr指针会为每一个类的虚函数生成一个虚函数表,并指向这个表。当发挥多态的时候(有虚函数调用的时候)编译器会根据传入的vptr找到虚函数表,实现多态。

 

 
 

 

说明1:

通过虚函数表指针VPTR调用重写函数是在程序运行时进行的,因此需要通过寻址操作才能确定真正应该调用的函数。而普通成员函数是在编译时就确定了调用的函数。在效率上,虚函数的效率要低很多。

说明2:

出于效率考虑,没有必要将所有成员函数都声明为虚函数

说明3 :C++编译器,执行HowToPrint函数,不需要区分是子类对象还是父类对象

 

 

多态相关面试题

面试题1:请谈谈你对多态的理解

多态的实现效果

多态:同样的调用语句有多种不同的表现形态;

多态实现的三个条件

         有继承、有virtual重写、有父类指针(引用)指向子类对象。

多态的C++实现

   virtual关键字,告诉编译器这个函数要支持多态;不是根据指针类型判断如何调用;而是要根据指针所指向的实际对象类型来判断如何调用
多态的理论基础

   动态联编PK静态联编。根据实际的对象类型来判断重写函数的调用。

多态的重要意义

   设计模式的基础 是框架的基石。

实现多态的理论基础

  函数指针做函数参数

 

C函数指针是C++至高无上的荣耀。C函数指针一般有两种用法(正、反)。

多态原理探究

  与面试官展开讨论

 

面试题2:谈谈C++编译器是如何实现多态                        

c++编译器多态实现原理

面试题3:谈谈你对重写,重载理解

函数重载

必须在同一个类中进行

子类无法重载父类的函数,父类同名函数将被名称覆盖

重载是在编译期间根据参数类型和个数决定函数调用

函数重写

必须发生于父类与子类之间

并且父类与子类中的函数必须有完全相同的原型

使用virtual声明之后能够产生多态(如果不使用virtual,那叫重定义)

多态是在运行期间根据具体对象的类型决定函数调用

#include <cstdlib>
#include <iostream>
using namespace std;
class Parent01

{

public:

         Parent01()

         {
                  cout<<"Parent01:printf()..do"<<endl;
         }

public:
         virtual void func()
         {
                  cout<<"Parent01:void func()"<<endl;
         }

 

         virtual void func(int i)

         {
                  cout<<"Parent:void func(int i)"<<endl;
         }


         virtual void func(int i, int j)

         {
                 cout<<"Parent:void func(int i, int j)"<<endl;
         }

};


class Child01 : public Parent01

{

public:

         //此处2个参数,和子类func函数是什么关系

         void func(int i, int j)

         {
                 cout<<"Child:void func(int i, int j)"<<" "<<i + j<<endl;
         }

         //此处3个参数的,和子类func函数是什么关系

         void func(int i, int j, int k)

         {
                  cout<<"Child:void func(int i, int j, int k)"<<" "<<i + j + k<<endl;
         }

};
 

void run01(Parent01* p)

{

         p->func(1, 2);

}


int main()

{

         Parent01 p;

         p.func();

         p.func(1);

         p.func(1, 2);

         Child01 c;

         //c.func(); //问题1

         c.Parent01::func();

         c.func(1, 2);

         run01(&p);

         run01(&c);

         system("pause");

         return 0;

}

 

面试题4:是否可类的每个成员函数都声明为虚函数,为什么。              

可以但不建议这样做,因为它会有多态虚拟函数,降低速度。

面试题5:构造函数中调用虚函数能实现多态吗?为什么?

                  c++编译器多态实现原理  

面试题6:虚函数表指针(VPTR)被编译器初始化的过程,你是如何理解的?

                  c++编译器多态实现原理

面试题7:父类的构造函数中调用虚函数,能发生多态吗?                     

        c++编译器多态实现原理

面试题8:为什么要定义虚析构函数?

 

在什么情况下应当声明虚函数

  • 构造函数不能是虚函数。建立一个派生类对象时,必须从类层次的根开始,沿着继承路径逐个调用基类的构造函数
  •  析构函数可以是虚的。虚析构函数用于指引 delete 运算符正确析构动态对象

 

Hello,C++(5)多态

标签:静态编译   作用域   return   use   public   类对象   相同   函数   速度   

原文地址:https://www.cnblogs.com/juanjuanduang/p/10847635.html

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