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多态(一)
2019-09-30 16:42:15 】 浏览:83
Tags:多态

1. 多态的概念和意义


回忆一下上一节继承(二)函数重写示例代码中的how_to_print(),当时我们所期望的结果是

  • 根据实际的对象类型判断如何调用重写函数
  • 父类指针(引用)指向
    • 父类对象则调用父类中定义的函数
    • 子类对象则调用子类中定义的重写函数

要实现上述期望结果,需要用到多态的知识。


多态是面向对象理论中的概念,其含义为

  • 根据实际的对象类型决定函数调用的具体目标
  • 同样的调用语句在实际运行时有多种不同的表现形态

C++语言直接支持多态的概念

  • 通过使用virtual关键字对多态进行支持
  • 被virtual声明的函数叫做虚函数
  • 虚函数被重写后可表现出多态的特性

静态联编 VS 动态联编

  • 静态联编:在程序编译期间就能确定具体的函数调用,如函数重载
  • 动态联编:在程序运行期间才能确定具体的函数调用,如重写虚函数
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Parent
{
public:
    virtual void print()
    {
        cout << "I'm Parent." << endl;
    }
};

class Child : public Parent
{
public:
    /* 重写父类虚函数,改变打印语句行为 */
    void print()
    {
        cout << "I'm Child." << endl;
    }
};

void how_to_print(Parent *p)
{
    p->print();        // 动态联编,展现多态的行为
}

int main()
{
    Parent p;
    Child c;

    p.print();         // 静态联编
    c.print();         // 静态联编

    how_to_print(&p);  // 动态联编,Expected: I'm Parent
    how_to_print(&c);  // 动态联编,Expected: I'm Child

    return 0;
}

多态的意义

  • 在程序运行过程中展现出动态的特性
  • 函数重写只可能发生在父类与子类之间,且必须多态实现,否则没有意义
  • 多态是面向对象组件化程序设计的基础特性

示例代码:江湖恩怨

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Boss
{
public:
    int fight()
    {
        int ret = 10;

        cout << "Boss::fight() : " << ret << endl;

        return ret;
    }
};

class Master
{
public:
    virtual int eightSwordKill()
    {
        int ret = 8;

        cout << "Master::eightSwordKill() : " << ret << endl;

        return ret;
    }
};

class NewMaster : public Master
{
public:
    int eightSwordKill()
    {
        int ret = Master::eightSwordKill() * 2;

        cout << "NewMaster::eightSwordKill() : " << ret << endl;

        return ret;
    }
};

void field_pk(Master *master, Boss *boss)
{
    int k = master->eightSwordKill();
    int b = boss->fight();

    if( k < b )
    {
        cout << "Master is killed..." << endl;
    }
    else
    {
        cout << "Boss is killed..." << endl;
    }

    cout << endl;
}

int main()
{
    Boss boss;
    Master master;
    NewMaster newMaster;

    cout << "Master vs Boss" << endl;

    field_pk(&master, &boss);

    cout << "NewMaster vs Boss" << endl;

    field_pk(&newMaster, &boss);

    return 0;
}

2. C++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成员函数地址的数据结构,该数据结构由编译器自动生成与维护
  • 虚函数会被编译器放入虚函数表中
  • 存在虚函数时,每个类对象中都有一个指向虚函数表的指针
  • 虚函数表指针位于类对象的起始位置,再往后才是成员变量

3. 构造析构与虚函数

  • 构造函数不可能成为虚函数,构造函数中不可能发生多态行为
    • 在构造函数执行结束后,虚函数表指针才会被正确的初始化
  • 析构函数可以成为虚函数,析构函数中不可能发生多态行为
    • 在析构函数执行时,虚函数表指针已经被销毁
  • 建议在设计类时将析构函数声明为虚函数
/*
 * 1、构造函数不可能成为虚函数,析构函数可以并且建议设计为虚函数
 * 2、构造函数和析构函数中调用虚函数不能发生多态行为,只会调用当前类中定义的函数版本
*/

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Base
{
public:
    Base()
    {
        cout << "Base()" << endl;
        func();
    }

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

    virtual ~Base()
    {
        func();
        cout << "~Base()" << endl;
    }
};

class Derived : public Base
{
public:
    Derived()
    {
        cout << "Derived()" << endl;
        func();
    }

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

    ~Deri
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