c++ 多态

一、多态

即多种形态。

当类之间存在层次结构，并且类之间是通过继承关联时，就会用到多态。

C++ 多态意味着调用成员函数时，会根据调用函数的对象的类型来执行不同的函数

#include <iostream> 
using namespace std;
 
class Shape {
   protected:
      int width, height;
   public:
      Shape( int a=0, int b=0)
      {
         width = a;
         height = b;
      }
      int area()
      {
         cout << "Parent class area :" <<endl;
         return 0;
      }
};
class Rectangle: public Shape{
   public:
      Rectangle( int a=0, int b=0):Shape(a, b) { }
      int area ()
      { 
         cout << "Rectangle class area :" <<endl;
         return (width * height); 
      }
};
class Triangle: public Shape{
   public:
      Triangle( int a=0, int b=0):Shape(a, b) { }
      int area ()
      { 
         cout << "Triangle class area :" <<endl;
         return (width * height / 2); 
      }
};
// 程序的主函数
int main( )
{
   Shape *shape;
   Rectangle rec(10,7);
   Triangle  tri(10,5);
 
   // 存储矩形的地址
   shape = &rec;
   // 调用矩形的求面积函数 area
   shape->area();
 
   // 存储三角形的地址
   shape = &tri;
   // 调用三角形的求面积函数 area
   shape->area();
   
   return 0;
}

结果：

Parent class area
Parent class area

 

导致错误输出的原因是，调用函数 area() 被编译器设置为基类中的版本，这就是所谓的静态多态，或静态链接 - 函数调用在程序执行前就准备好了。有时候这也被称为早绑定，因为 area() 函数在程序编译期间就已经设置好了。

但现在，让我们对程序稍作修改，在 Shape 类中，area() 的声明前放置关键字 virtual

class Shape {
   protected:
      int width, height;
   public:
      Shape( int a=0, int b=0)
      {
         width = a;
         height = b;
      }
      virtual int area()
      {
         cout << "Parent class area :" <<endl;
         return 0;
      }
};

结果：

Rectangle class area
Triangle class area

此时，编译器看的是指针的内容，而不是它的类型。因此，由于 tri 和 rec 类的对象的地址存储在 *shape 中，所以会调用各自的 area() 函数。

正如您所看到的，每个子类都有一个函数 area() 的独立实现。这就是多态的一般使用方式。有了多态，您可以有多个不同的类，都带有同一个名称但具有不同实现的函数，函数的参数甚至可以是相同的。

 

 

 

二、虚函数

 

 

 

 

 补充：

 1.多态意味着调用成员函数时，会根据调用函数的对象的类型来执行不同的函数；

形成多态必须具备三个条件：

（1）、必须存在继承关系；

（2）、继承关系必须有同名虚函数（其中虚函数是在基类中使用关键字Virtual声明的函数，在派生类中重新定义基类中定义的虚函数时，会告诉编译器不要静态链接到该函数）；

（3）、存在基类类型的指针或者引用，通过该指针或引用调用虚函数；

 

 

 

2.动态联编的实现机制 VTABLE

编译器对每个包含虚函数的类创建一个虚函数表VTABLE，表中每一项指向一个虚函数的地址，即VTABLE表可以看成一个函数指针的数组，每个虚函数的入口地址就是这个数组的一个元素。

每个含有虚函数的类都有各自的一张虚函数表VTABLE。每个派生类的VTABLE继承了它各个基类的VTABLE，如果基类VTABLE中包含某一项（虚函数的入口地址），则其派生类的VTABLE中也将包含同样的一项，但是两项的值可能不同。如果派生类中重载了该项对应的虚函数，则派生类VTABLE的该项指向重载后的虚函数，如果派生类中没有对该项对应的虚函数进行重新定义，则使用基类的这个虚函数地址。

在创建含有虚函数的类的对象的时候，编译器会在每个对象的内存布局中增加一个vptr指针项，该指针指向本类的VTABLE。在通过指向基类对象的指针（设为bp）调用一个虚函数时，编译器生成的代码是先获取所指对象的vtb1指针，然后调用vtb1所指向类的VTABLE中的对应项（具体虚函数的入口地址）。

当基类中没有定义虚函数时，其长度=数据成员长度；派生类长度=自身数据成员长度+基类继承的数据成员长度；

当基类中定义虚函数后，其长度=数据成员长度+虚函数表的地址长度；派生类长度=自身数据成员长度+基类继承的数据成员长度+虚函数表的地址长度。

包含一个虚函数和几个虚函数的类的长度增量为0。含有虚函数的类只是增加了一个指针用于存储虚函数表的首地址。

派生类与基类同名的虚函数在VTABLE中有相同的索引号（或序号）。

 

 

 

 

 3.

 

 

 

4.父类的虚函数或纯虚函数在子类中依然是虚函数。

有时我们并不希望父类的某个函数在子类中被重写，在 C++11 及以后可以用关键字 final 来避免该函数再次被重写。

#include<iostream>
using namespace std;
class Base
{
    public:
        virtual void func()
        {
            cout<<"This is Base"<<endl;
        }
};
class _Base:public Base
{
    public:
        void func() final//正确，func在Base中是虚函数
        {
            cout<<"This is _Base"<<endl;
        }
};
class __Base:public _Base
{
/*    public://不正确，func在_Base中已经不再是虚函数，不能再被重写
        void func()
        {
            cout<<"This is __Base"<<endl;
        }*/
};
int main()
{
    _Base a;
    __Base b;
    Base* ptr=&a;
    ptr->func();
    ptr=&b;
    _Base* ptr2=&b;    ptr->func();
    ptr2->func();
}

结果：

This is _Base
This is _Base
This is _Base

 

如果不希望一个类被继承，也可以使用 final 关键字。

格式如下：

class Class_name final
{
    ...
};