西安 域名空间网站制作,超级浏览器,关于 建设 旅游网站 建议,中网互联网站建设目录 一、多态的概念
1. 概念
二、多态的定义及实现
2.1 多态的构成条件
2.2 虚函数
2.3 虚函数的重写
2.4 C11 override 和 final
2.5 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比
三、抽象类
3.1 概念
3.2 接口继承和实现继承
四、多态的原理
4.1 虚函数表
4.2 多态的…目录 一、多态的概念
1. 概念
二、多态的定义及实现
2.1 多态的构成条件
2.2 虚函数
2.3 虚函数的重写
2.4 C11 override 和 final
2.5 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比
三、抽象类
3.1 概念
3.2 接口继承和实现继承
四、多态的原理
4.1 虚函数表
4.2 多态的原理
4.3 动态绑定与静态绑定
五、单继承和多继承关系的虚函数表
5.1 单继承中的虚函数表
5.2 多继承中的虚函数表 一、多态的概念
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。 举个例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。 再瞎编一个栗子 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。
二、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对象买票全价Student对象买票半价。 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 2.2 虚函数
虚函数即被virtual修饰的类成员函数称为虚函数。
class Person {
public:virtual void BuyTicket() { cout 买票-全价 endl;}
};2.3 虚函数的重写 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。
class Person
{
public:virtual void BuyTicket() { cout 买票-全价 endl; }
};
class Student : public Person
{
public:virtual void BuyTicket() { cout 买票-半价 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*//*void BuyTicket() { cout 买票-半价 endl; }*/
};
void Func(Person p)
{ p.BuyTicket();
}
int main()
{Person ps;Student st;Func(ps);Func(st);return 0;
}
虚函数重写的两个例外
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* f() {return new A;}
};
class Student : public Person
{
public:virtual B* f() {return new B;}
};
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:virtual ~Student() { cout ~Student() endl; }
};/*只有派生类Student的析构函数重写了Person的析构函数
下面的delete对象调用析构函数才能构成多态才能保证p1和p2指向的对象正确的调用析构函数。*/int main()
{Person* p1 new Person;Person* p2 new Student;delete p1;delete p2;return 0;
}2.4 C11 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载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C11提供了override和final两个关键字可以帮助用户检测是否重写。
final修饰虚函数表示该虚函数不能再被重写
class Car
{
public:virtual void Drive() final {}
};
class Benz :public Car
{
public:virtual void Drive() {cout Benz-舒适 endl;}
};
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 Car{
public:virtual void Drive(){}
};
class Benz :public Car
{
public:virtual void Drive() override { cout Benz-舒适 endl;}
};
2.5 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比 三、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 Drive() 0;
};
class Benz :public Car
{
public:virtual void Drive(){cout Benz-舒适 endl;}
};
class BMW :public Car
{
public:virtual void Drive(){cout BMW-操控 endl;}
};
void Test()
{Car* pBenz new Benz;pBenz-Drive();Car* pBMW new BMW;pBMW-Drive();
}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。
四、多态的原理
4.1 虚函数表
// 问题sizeof(Base)是多少
class Base
{
public:virtual void Func1(){cout Func1() endl;}
private:int _b 1;
}; 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virtualf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 // 针对上面的代码我们做出以下改造
// 1.我们增加一个派生类Derive去继承Base
// 2.Derive中重写Func1
// 3.Base再增加一个虚函数Func2和一个普通函数Func3
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;
};
int main()
{Base b;Derive d;return 0;
}
通过观察和测试我们发现了以下几点问题
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。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。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。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。总结一下派生类的虚表生成 先将基类中的虚表内容拷贝一份到派生类虚表中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。这里还有一个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。但是很多人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 4.2 多态的原理 分析了这个半天了那么多态的原理到底是什么还记得这里Func函数传Person调用的 Person::BuyTicket传Student调用的是Student::BuyTicket class Person
{
public:virtual void BuyTicket() { cout 买票-全价 endl; }
};
class Student : public Person
{
public:virtual void BuyTicket() { cout 买票-半价 endl; }
};
void Func(Person p)
{p.BuyTicket();
}
int main()
{Person Mike;Func(Mike);Student Johnson;Func(Johnson);return 0;
}
观察下图的红色箭头我们看到p是指向mike对象时p-BuyTicket在mike的虚表中找到虚 函数是Person::BuyTicket。观察下图的蓝色箭头我们看到p是指向johnson对象时p-BuyTicket在johson的虚表中找到虚函数是Student::BuyTicket。这样就实现出了不同对象去完成同一行为时展现出不同的形态。反过来思考我们要达到多态有两个条件一个是虚函数覆盖一个是对象的指针或引用调 用虚函数。反思一下为什么再通过下面的汇编代码分析看出满足多态以后的函数调用不是在编译时确定的是运行 起来以后到对象的中取找的。不满足多态的函数调用时编译时确认好的。 void Func(Person* p)
{p-BuyTicket();
}
int main()
{Person mike;Func(mike);mike.BuyTicket();return 0;
}
// 以下汇编代码中跟你这个问题不相关的都被去掉了
void Func(Person* p)
{
...p-BuyTicket();
// p中存的是mike对象的指针将p移动到eax中
001940DE mov eax,dword ptr [p]
// [eax]就是取eax值指向的内容这里相当于把mike对象头4个字节(虚表指针)移动到了edx
001940E1 mov edx,dword ptr [eax]
// [edx]就是取edx值指向的内容这里相当于把虚表中的头4字节存的虚函数指针移动到了eax
00B823EE mov eax,dword ptr [edx]
// call eax中存虚函数的指针。这里可以看出满足多态的调用不是在编译时确定的是运行起来
以后到对象的中取找的。
001940EA call eax
00头1940EC cmp esi,esp }
int main()
{
...
// 首先BuyTicket虽然是虚函数但是mike是对象不满足多态的条件所以这里是普通函数的调
用转换成地址时是在编译时已经从符号表确认了函数的地址直接call 地址mike.BuyTicket();
00195182 lea ecx,[mike]
00195185 call Person::BuyTicket (01914F6h)
...
}
4.3 动态绑定与静态绑定
静态绑定又称为前期绑定(早绑定)在程序编译期间确定了程序的行为也称为静态多态 比如函数重载动态绑定又称后期绑定(晚绑定)是在程序运行期间根据具体拿到的类型确定程序的具体 行为调用具体的函数也称为动态多态。之前买票的汇编代码很好的解释了什么是静态(编译器)绑定和动态(运行时)绑定。
五、单继承和多继承关系的虚函数表 需要注意的是在单继承和多继承关系中下面我们去关注的是派生类对象的虚表模型因为基类的虚表模型前面我们已经看过了没什么需要特别研究的
5.1 单继承中的虚函数表
class Base
{
public :virtual void func1() { coutBase::func1 endl;}virtual void func2() {coutBase::func2 endl;}
private :int a;
};
class Derive :public Base
{
public :virtual void func1() {coutDerive::func1 endl;}virtual void func3() {coutDerive::func3 endl;}virtual void func4() {coutDerive::func4 endl;}
private :int b;
}; 观察下图中的监视窗口中我们发现看不见func3和func4。这里是编译器的监视窗口故意隐藏了这两个函数也可以认为是他的一个小bug。那么我们如何查看d的虚表呢下面我们使用代码打印出虚表中的函数。 typedef void(*VFPTR) ();
void PrintVTable(VFPTR vTable[])
{// 依次取虚表中的虚函数指针打印并调用。调用就可以看出存的是哪个函数cout 虚表地址 vTable endl;for (int i 0; vTable[i] ! nullptr; i){printf( 第%d个虚函数地址 :0X%x,-, i, vTable[i]);VFPTR f vTable[i];f();}cout endl;
}
int main()
{Base b;Derive d;
/*
思路取出b、d对象的头4bytes就是虚表的指针前面我们说了虚函数表本质是一个存虚函数
指针的指针数组这个数组最后面放了一个nullptr
1.先取b的地址强转成一个int*的指针
2.再解引用取值就取到了b对象头4bytes的值这个值就是指向虚表的指针
3.再强转成VFPTR*因为虚表就是一个存VFPTR类型(虚函数指针类型)的数组。
4.虚表指针传递给PrintVTable进行打印虚表
5.需要说明的是这个打印虚表的代码经常会崩溃因为编译器有时对虚表的处理不干净虚表最后面没有放nullptr导致越界这是编译器的问题。我们只需要点目录栏的-生成-清理解决方案再
编译就好了。
*/VFPTR* vTableb (VFPTR*)(*(int*)b);PrintVTable(vTableb);VFPTR* vTabled (VFPTR*)(*(int*)d);PrintVTable(vTabled);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 虚表地址 vTable endl;for (int i 0; vTable[i] ! nullptr; i){printf( 第%d个虚函数地址 :0X%x,-, i, 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*)dsizeof(Base1)));PrintVTable(vTableb2);return 0;
}
观察下图可以看出多继承派生类的未重写的虚函数放在第一个继承基类部分的虚函数表中 5.3 菱形继承、菱形虚拟继承 实际中我们不建议设计出菱形继承及菱形虚拟继承一方面太复杂容易出问题另一方面这样的模型访问基类成员有一定得性能损耗。所以菱形继承、菱形虚拟继承我们的虚表我们就不看了一般我们也不需要研究清楚因为实际中很少用。如果好奇心比较强的宝宝可以去看下面 的两篇链接文章。 C虚函数表解析 C对象的内存布局
