C++中的多态

一、学习笔记

1.若子类中实现的函数和父类中的函数签名且函数名字一样，是复写。若函数参数不一样是重载。

2.虚函数
在函数声明前加virtual关键字的函数称为虚函数，若子类复写这个虚函数(前面加不加virtual声明无所谓)，无论其前面有没有加virtual都是虚函数。

3.多态中的虚函数编译器实现机制：动态链编个静态链编
静态链编：非虚函数，编译时就确定好了调用哪一个函数。
动态链编：运行时才确定是去调用哪一个函数，编译器实现原理：
如果一个类中有虚函数，那么它的对象里面有一个虚函数指针，指向虚函数表，当去调用函数的时候，就通过这个虚函数指针调用虚函数表里面的虚函数。由于多了一个virtual指针，对象的大小变化了，可以使用sizeof(对象/类)查看。
测试证明：多出一个指针大小，而且生成的可执行文件也变大了(此例中变大1/2)。

4.使用虚函数时注意事项
(1) 只有在使用指针或引用来使用对象的时候会体现出多态，若是使用传值的方式不会体现出多态。eg:
test_func(Human *h); //可以体现出多态
test_func(Human &h); //可以体现出多态
test_func(Human h); //不能体现出多态
传值无法体现出多态的原因：例如Chinese是Human的子类，里面有继承Human的成员变量，还有自己的部分(包括虚函数指针)，传值相当于直接将Chinese强制转化为Human，此时丢失了自己的部分(丢失了虚函数指针)，因此无法表现出多态。

(2) 只有类的成员函数才能声明为虚函数

(3) 静态成员函数不能是虚函数

(4) 内联函数(inline修饰的函数)不能是虚函数，类中实现的函数一旦加上了virtual就不是内联函数了。

(5) 构造函数不能是虚函数。创建一个对象的时候立即就去调用了其构造函数，因此它能有什么多态。

(6) 析构函数一般都声明为虚函数。
若父类的析构函数为虚函数，在delete父类指针(指向子类)的时候，会调用子类的析构函数，然后再调用父类的析构函数，尽管析构函数名字不同。这是一个特例。

(7) 一般的子类重写虚函数需要函数签名和函数名字是一致的，但是返回值若为当前对象的指针或引用的时候(父类中的返回值是*Human/&Human)例外，此时这个函数也可以设置为虚函数。这是另一个特例。

(8) 重载(参数不同)函数不能设置为虚函数。重写(函数签名和名字都相同)可以设置为虚函数。
引用虚函数的目的是为了实现多态，多态就是若父类指针是指向之类的，就调用子类的方法。
==>但是实际测试父类中重载虚函数是没有问题的，子类中对父类中的虚函数进行重载也是没有问题的。

 

二、Demo

1. 实验1

#include <iostream>

using namespace std;


class Human {
    int a;
public:
    virtual void eating() {
        cout << "use hands" << endl;
    }

    //this is an exception,return Human*/&Human*
    virtual Human* return_test_ptr() {
        return this;
    }
    virtual Human& return_test_ref() {
        return *this;
    }
    virtual ~Human() {
        cout << "~Human()" << endl;
    }
};


class English : public Human {

public:
    void eating() {
        cout << "use knifes" << endl;
    }
    English* return_test_ptr() {
        return this;
    }
    English& return_test_ref() {
        return *this;
    }
    ~English() {
        cout << "~English()" << endl;
    }
};


class Chinese : public Human {

public:
    void eating() {
        cout << "use chopsticks" << endl;
    }
    Chinese* return_test_ptr() {
        return this;
    }
    Chinese& return_test_ref() {
        return *this;
    }
    ~Chinese() {
        cout << "~Chinese()" << endl;
    }
};


void eating_test(Human *h) {
    h->eating();
}


void pass_value_test(Human h) {
    h.eating();
}

void return_test_test(Human *h) {
    h->return_test_ptr()->eating();
    h->return_test_ref().eating();
}

void test_descructor(void) {
    Human *h = new Human();
    English *e = new English();
    Chinese *c = new Chinese();

    Human *ha[3] = {h, e, c};

    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        ha[i]->eating();
        delete ha[i];
    }
}

int main() {
    Human h;
    English e;
    Chinese c;

    cout << "-----------eating_test-------------" << endl;
    eating_test(&h);
    eating_test(&e);
    eating_test(&c);

    cout << "---------pass_value_test-----------" << endl;
    pass_value_test(h);
    pass_value_test(e);
    pass_value_test(c);

    cout << "------------sizeof test------------" << endl;
    cout << "sizeof(h) = " << sizeof(h) << endl;
    cout << "sizeof(e) = " << sizeof(e) << endl;
    cout << "sizeof(c) = " << sizeof(c) << endl;

    cout << "---------return_test_test----------" << endl;
    return_test_test(&h);
    return_test_test(&e);
    return_test_test(&c);

    cout << "---------test_descructor-----------" << endl;
    test_descructor();

    cout << "------------exit main-------------" << endl;

    return 0;
}



/*
ubuntu@ubuntu:~/Android_work/cpp_object/lesson2/Polymorphism$ ./pp
-----------eating_test-------------
use hands
use knifes
use chopsticks
---------pass_value_test-----------
use hands
~Human()
use hands
~Human()
use hands
~Human()
------------sizeof test------------
sizeof(h) = 16
sizeof(e) = 16
sizeof(c) = 16
---------return_test_test----------
use hands
use hands
use knifes
use knifes
use chopsticks
use chopsticks
---------test_descructor-----------
use hands
~Human()
use knifes
~English()
~Human()
use chopsticks
~Chinese()
~Human()
------------exit main-------------
~Chinese()
~Human()
~English()
~Human()
~Human()

*/

2. 实验2：孙类实现抽象方法

#include <iostream>

using namespace std;

class Human {
    int a;
public:
    virtual void eating() = 0;

    Human() {
        cout << "Human()" << endl;
    }
    ~Human() {
        cout << "~Human()" << endl;
    }
};

class Chinese : public Human {
public:
    //virtual void eating() = 0;
    void working() {
        cout << "Chinese working" << endl;
    }
    Chinese() {
        cout << "Chinese()" << endl;
    }
    ~Chinese() {
        cout << "~Chinese()" << endl;
    }
};

class HeNan : public Chinese {
public:
    void eating() {
        cout << "HeNan eating momo" << endl;
    }
    HeNan() {
        cout << "HeNan()" << endl;
    }
    ~HeNan() {
        cout << "~HeNan()" << endl;
    }
};

int main() {
    HeNan hn;
    //Chinese cs; //error
    hn.eating();

    return 0;
}

 

三、补充

1. 只要子类不实现对象，这些虚函数可以由孙类实现，在子类中是否进行声明无所谓。

2. 虚函数和纯虚函数都不一定要在子类中实现(只要子类不定义对象即可)，可以在孙子中实现。虚函数可以提供一个默认实现。

virtual void funtion1() { xxx }; //虚函数
virtual void funtion1()=0; //纯虚函数

3. 有虚函数的是抽象类，抽象类不能直接定义对象。

4. 虚函数与纯虚函数的区别

(1) 定义一个函数为虚函数，不代表函数为不被实现的函数。定义他为虚函数是为了允许用基类的指针来调用子类的这个函数。
(2) 定义一个函数为纯虚函数，才代表函数没有被实现。定义纯虚函数是为了实现一个接口，起到一个规范的作用，规范继承这个类的程序员必须实现这个函数。