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c++面向对象三大特性之一-----多态

news 2025/9/15 18:57:45

前言:本文将介绍在32位平台下,c++的多态,通过本篇文章的学习你讲了解多态的原理,多态的底层还有一些不常见的关键字的介绍(final,override).

文章内容如下：

1:多态的概念

2:多态的定义与实现

3:多态的原理

4:抽象类

文章正式开始

1：多态的概念

多态:不同对象去完成相同的行为时,产生不同的状态。

我们可以用一个场景来增强对多态概念的理解: 12306铁路的买票

比如说：成人与学生,买票的价格是不一样的,成人买票需要全价,学生买票只需半价，在这个经典的列子中,成人与学生他们都是去做相同的行为(买票),但是在买的时候却出现了不同的状态(价格不同)。

在我们日常还有许许多多的例子比如：安卓手机买飞机票与苹果手机买飞机票的价格也不同,在比如说我们过年支付宝扫码,同样是扫码不同的人却获得了不同的红包大小。

按照类型来分:多态可以分为:动态的多态与静态的多态

静态多态:程序编译阶段就确定了函数的地址：函数重载

动态多态:在程序运行期间通过去对象中虚表中找到覆盖的函数的地址

2:多态的定义与实现

前提:我们是在研究public继承过程中多态的条件。

1:(父子类中)虚函数必须实现重写(函数名,返回值,参数类型这三个必须相同)

2:父类对象的指针或者引用去调用实现重写的虚函数。

在介绍多态之前我们先来了解几个概念:虚函数，虚函数的重写

虚函数:在成员函数最前面＋virtual关键字--->表示该成员函数是虚函数

虚函数重写:父子类中三同(函数名\参数\返回值)

下面我们通过代码再次加深对概念的理解。

class A
{
public:void fun1() { cout << "A::fun1() " << endl; }virtual void fun2() { cout << "A::virtual fun2()" << endl; }
private:int _a;
};
class B:public A
{
public:void fun1() { cout << "B::fun1() " << endl; }virtual void fun2() { cout << "B::virtual fun2()" << endl; }
private:int _b;
};

在上面两个类中： A类中：fun1为普通函数,fun2为虚函数

B类中: fun1也为普通函数,fun2为虚函数所以根据概念我们可知:在A类和B类中fun1的关系为子类隐藏父类,fun2为重写的关系。知道了上述关系之后下面我们来实现多态调用的过程。

未满足多态的条件。调用情况下

多态调用的本质：如果是子类对象给父类对象的指针或引用,那么在多态调用的时候会去调用子类中重写的函数，如果是父类对象给父类对象的指针或者引用则调用父类中的函数，走的函数匹配原则。

其实c++在确定多态调用的情况下还给了几种特殊的情况,如果满足则也构成多态的条件。

1:协变:虚函数的返回值可以不同,但是该返回值如果是父子类的指针或引用则也满足重写。

如下图展示：

这个AB类与我们上面的类的关系一样B继承A,通过代码我们也可以知道尽管两个函数的返回值不一样,但是c++做了一个特殊处理,只要返回值为父子类指针或引用类型就可以构成多态。

2：析构函数的重写

父子类中析构函数会被做一个特殊的处理,在编译阶段编译器会将父子类中的析构函数的函数名改为一样的,也就是说我们只需要在父子类析构函数前面加一个virtual虚函数关键字那么这两个函数也构成重写。

如下图：

在这个场景中我们可以看到,这个代码是有问题的因为,没有完成对子类对象的释放工作存在内存泄露,编译器经过编译阶段将父子类析构函数的函数名改为一样的,导致只调到了子类的析沟,所以在这种情况下我们需要完成对析构函数的重写,才能防止内存泄露。

所以我们默认给父子类中都加上virtual关键字,实现对虚函数的重写。

总结:析构函数的特殊处理,对于父子类析构函数建议加上virtual。

3：只要父类中加了虚函数关键字virtual,子类可以不加,也构成重写但是一般建议加.

c++的重写:是对内容进行重写,对于接口会被继承下来。

c++重载、重写(覆盖)、隐藏(重定义)概念的区分:

两个关键字的介绍:c++11 ：final override

final:1:final修饰一个类表明一个类不能被继承。(将一个类中的构造函数私有,这个类也不能被继承)。

2:final修饰虚函数表明该虚函数不能被重写,如果函数被重写编译器会直接报错

override关键字:能够检验一个派生类重写虚函数是否正确，不正确编译器直接报错。

3：多态的原理

在了解虚函数原理之前我们得先了解虚函数表指针/虚表指针.

我们先来看一个普通的类(含有虚函数)他的大小会是多少？

代码如下：

class A
{
public:virtual void fun1(){cout << "fun1" << endl;}
private:int _a;
};int main()
{cout << sizeof(A) << endl;return 0;
}

这个类大小如果按照我们之前所学的知识我们可能认为它的值为4,但是并不是这样,因为对于类对象的存储有三种模型。

1:将函数与变量都存在对象中.(显然这个模型不适合存储,太浪费空间了,调用的函数相同)

2:将函数存在公共的区域,对象中只存储成员变量(适用于无虚函数的类)

3每个对象除了存储成员变量还会存储类函数表地址,函数表里为类成员函数的地址。(有虚函数的类).

所以上面类A就为第三种存储模型,所以计算的大小为8(一个成员+一个指针).

在cpp中我们将这个新加的指针_vfptr称为:虚函数表指针,他指向一个虚函数表(本质是一个函数指针数组)

那么在单继承中多态的原理是什么呢？

class A
{
public:virtual void fun1(){cout << "A:fun1()" << endl;}virtual void fun2(){cout << "virtual void fun2()" << endl;}
private:int _a;
};
class B :public A
{
public:virtual void fun1(){cout << "B:fun1()" << endl;}
private:int _b;
};

在这个场景中:B类继承A，会将A类中的虚函数表也给继承下来,只需要对完成重写的函数进行地址的覆盖就行,在继承过程中并不会增加新的虚函数表。如果B中还有其它虚函数则会在A中虚表中再加入一个地址。

总结:虚函数表会被继承下来且不会增加再生成一个虚函数表,重写的虚函数会覆盖原父类中的虚函数,派生类的虚函数会被添加到基类中虚函数表中。

将单继承可以看作下列的模型：子类=父类+自身变量

那么在多继承中又是什么样子的呢？

class A
{
public:virtual void fun1(){cout << "A:fun1()" << endl;}virtual void fun2(){cout << "virtual void fun2()" << endl;}
private:int _a;
};class C
{
public:virtual void fun1(){cout << "virtual void fun1()" << endl;}
private:int _c;
};class D :public A, public C
{
public :virtual void Fund(){cout << " virtual Fund()" << endl;}
private:int _d;
};