一、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。
比如我们坐火车或者去景区买票时,通常会分为儿童、学生、成人等等,同样都是人,但是根据不同的状态和属性,对支付的费用也会有所不同。
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中,去调用同一函数,产生了不同行为,还是比如说景区门票,我们首先定义了一个广泛的“person”这么一个类,child和man两个不同的类分别继承了“person”这个类,两个类中都有买票这个函数,当我们将child和man分别实例化后,调用相同的买票函数时,那么票价是不相同的。
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。
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。
注意:派生类虚函数与基类虚函数的返回值类型、函数名字、参数列表必须完全相同,即三同。
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:
1. 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。
2. 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,这里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。
三、多态的原理
3.1虚函数表
我们首先看一段代码:
class Base
{
public:
virtual void Func1()
{
cout << "Func1()" << endl;
}
private:
int _b = 1;
};
对于如上代码,如果要问sizeof(Base)是多少,然而通过我们的观察,其结果并不是4byte而是8byte,为什么呢?那是因为在 int _b之前(或之后)还有一个变量,那就是一个指针变量。
对象中的这个指针我们叫做虚函数表指针(v代表virtual,f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。
总之:
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. 这里还有一个童鞋们很容易混淆的问题: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。但是很多童鞋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。