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多态的抽象类、原理以及虚表。
目录
摘要
一、抽象类
1、 概念
2、接口继承和实现继承
二、多态的原理
1、虚函数表
2、动态绑定与静态绑定
三、单继承和多继承关系的虚函数表
1、单继承中的虚函数表
2、多继承中的虚函数表
四、思维导图 一、抽象类
1、 概…摘要
多态的抽象类、原理以及虚表。
目录
摘要
一、抽象类
1、 概念
2、接口继承和实现继承
二、多态的原理
1、虚函数表
2、动态绑定与静态绑定
三、单继承和多继承关系的虚函数表
1、单继承中的虚函数表
2、多继承中的虚函数表
四、思维导图 一、抽象类
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如下方代码所示说实在的感觉没啥大用不容重写了。
#include iostream
using namespace std;
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();
}
int main()
{Test();
} 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。
二、多态的原理
1、虚函数表
如下方代码所示我们发现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我有创建了一个b对象如下方图二就是可以看出他的虚表。
class Base
{
public:virtual void Func1(){cout Func1() endl;}
private:int _b 1;
};
void Test2()
{cout sizeof(Base) endl;
} 好了可以变个型了如下方代码和下方截图就可以得出
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. 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
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;
} 2、动态绑定与静态绑定
1、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
2、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。
3、之前文章的买票的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。
三、单继承和多继承关系的虚函数表
1、单继承中的虚函数表
如下方代码所示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。
class Base {
public:virtual void func1() { cout Base::func1 endl; }virtual void func2() { cout Base::func2 endl; }
private:int a;
};
class Derive :public Base {
public:virtual void func1() { cout Derive::func1 endl; }virtual void func3() { cout Derive::func3 endl; }virtual void func4() { cout Derive::func4 endl; }
private:int b;
};
int main()
{Base b;Derive d;return 0;
} 如下方代码就是利用函数进行打印虚表的地址结果如图下面说一下思路取出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。
class Base {
public:virtual void func1() { cout Base::func1 endl; }virtual void func2() { cout Base::func2 endl; }
private:int a;
};
class Derive :public Base {
public:virtual void func1() { cout Derive::func1 endl; }virtual void func3() { cout Derive::func3 endl; }virtual void func4() { cout Derive::func4 endl; }
private:int b;
};
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()
{Base b;Derive d;VFPTR * vTableb (VFPTR*)(*(int*)b);PrintVTable(vTableb);VFPTR* vTabled (VFPTR*)(*(int*)d);PrintVTable(vTabled);return 0;
} 2、多继承中的虚函数表
在多继承的情境下每个基类都有自己的虚函数表。如果一个类从多个基类继承并且这些基类中有虚函数那么这个类就会包含多个虚函数表指针每个指针指向一个基类的虚函数表。这意味着当一个派生类的对象调用一个虚函数时它会根据对象的实际类型和调用的虚函数来确定使用哪个虚函数表。
值得注意的是虽然每个基类都有自己的虚函数表但派生类中的虚函数重写是共享的。也就是说如果一个派生类重写了某个基类中的虚函数那么这个重写后的函数将出现在所有相关基类的虚函数表中。这样无论通过哪个基类指针或引用访问派生类对象调用这个虚函数时都会执行派生类中的实现。
总的来说多继承中的虚函数表是C实现动态多态性的重要机制。每个基类都有自己的虚函数表而派生类则通过继承这些基类来共享和重写虚函数。这种机制使得我们可以在运行时根据对象的实际类型来确定其行为从而实现更灵活和可扩展的程序设计。
四、思维导图
