c++多态

原 作者 许泽文 | 发表于 | 分类于 2021级

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多态感觉真挺难的，这篇就水一水了

引言

多态：多种形态
静态的多态：函数重载，同一个函数看起来调用同一个函数有不同的行为
动态的多态：
静态：是在编译的时候实现的

动态的多态

一个父类的引用或指针去调用同一个函数，如果传递不同的对象，会调用不同的函数
动态：运行时实现的

举个例子：
买票这个行为，对于不同的人价格不同，普通人去买价格低，而有钱人买价格高

扫红包：也是一种多态行为，根据行为去分类，鼓励新用户用，给的红包就多，

虚函数

子类中满足三同
函数名，参数，返回值相同的虚函数，就叫做重写（覆盖），只有虚函数
本质就是不同的人去做同一件事情，结果不同
virtual（只能是类的非静态的成员函数才能是虚函数）：其他函数不能称为虚函数
：在最前面加一个virtual

静态成员函数不能加virtual

否则就是隐藏的关系

多态的构成条件（少一个都不行）

  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

重写要求返回值相同，有一个例外：协变：要求返回值是父子关系的指针或者引用(基本不会见到)

class A
class B



void func(Person p)//我们没有用父类的指针和引用，而是用对象,就不能实现多态
{
   
    p.BuyTicket();
}
func(st);//正常来说因为我们是父类的引用，所以的对父类使用，一定是没有问题的，但是这个对子类也是可以使用的
    func(ps);//

析构函数的重写（析构函数）

析构函数也可以是虚函数，构成重写（函数名，返回值，参数，virtual）都相同
把析构函数都被特殊处理成destructor,
完成重写，构成多态，那么才能正确调用析构函数
只有动态申请的对象给了父类指针管理才可以，那么就需要定义成虚函数


class Person
{
   
public:
    virtual ~Person()//析构的名字都被特殊处理过了，差个虚函数的条件，这样就能够实现多态了
    {
   
        cout << "person" << endl;
    }
};
class Student : public Person
{
   
public:
    virtual ~Student() //

    {
   
        cout << "student" << endl;
    }
};

//析构函数是否是虚函数都正常调用了
int main()
{
   
    /*
    Person p;
    Student s;//person也会被析构，但是没加virtual也没有关系，
    */
   //
    Person *p1 = new Person; // new 是开空间+构造函数
    Person *p2 = new Student;//这里是基类的指针，这里是父类的指针，就需要多态了
    Student *p3 = new Student;//这里是基类的指针,z这里不需要多态


    //p1->destructor()
    //p2->destructor()
    


    //多态申请的对象如果给了父类指针管理，那么需要析构函数是虚函数（我们直接全部都）
    delete p1;//析构函数+释放空间
    //我期望p1这里调用父类的析构函数
    delete p2;//指向student就掉student，又会掉person
    delete p3;
    //这里调用子类的析构函数
    //这里不构成多态，都指向person，因为p2也是person
    //构成多态才可以
    return 0;
}

虚函数的重写允许
：两个都是虚函数，或者父类是虚函数，再满足三同就构成重写
虽然子类没有写virtual
是因为他继承了父类的virtual的属性，也完成了重写（是因为析构函数，父类析构函数加上virtual，就不存在不构成多态的了，没钓到子类析构函数，内存泄漏的）
：在public：private也是可以的

一般来说父类是别人写的，子类是我们写的，只要父类加了virtual，子类就不用加virtual
我们建议都写上

C++11 override 和final

final

设计一个不能被继承的类
c++ 98的方式

//设计一个无法被继承的基类，只能让基类的构造函数变成私有，因为初始化子类对象的时候要去调用其父类的构造函数，但是没法使用,间接限制
//c++ 98的方式
class A
{
   
private:
    A(int a = 0)
        : _a(a)
    {
   
    }

public:
    //因为如果是一个成员函数，返回A 他必须是一个对象，但是他没有对象，加了一个静态就可以使用了
    static A createobj(int a = 0) //调用这个函数就可以使用了，获得父类的构造函数，如果是成员函数
    //静态的成员函数，没有this指针，只能访问静态的成员变量，和成员函数，不能访问_a 这些成员变量
    {
   

        return A(a);
    }

protected:
    int _a;
};
class B:public A
{
   

};
//子类继承了父类，但是构造函数被变成私有的了
int main()
{
   
    //因为我们把A 类型的构造函数变成一个私有的构造函数，所以他没有办法被使用，但是我们写了一个静态的成员函数就可以获得这个东西
    A aa=A::createobj(10);//就可以这样把对象创建出来了

    return 0;
}

c++ 11

  1. 使用final 这个类就无法被继承
class A final//不希望A 被继承

{
   
    protected:
    int _a;
};

class B:public A
{
   

};

int main()
{
   
    return 0;
}
  1. 使用final这个函数就无法被重写，放在父类中

class C 
{
   
    public:
    virtual void f() final// 我不想他被重写
    {
   
        cout<<"hello "<<endl;
    }
};
class D :public C
{
   
    public:
    virtual void f()//重写
    {
   
        cout<<"world"<<endl;
    }
};

int main()
{
   
    return 0;
}

override

同样也是放在类的后面
放在子类重写的虚函数的后面，检查是否完成重写，如果没有完成重写就会报错

class car 
{
   
   public:
   virtual void drive()
   {
   

   }
};


class benz: public car
{
   
   public:
   virtual void drive()  override
   {
   

   }
};

int main()
{
   
   return 0;
}

在这里插入图片描述
没加之后的报错

重载，覆盖，隐藏的对比

重载：

  1. 两个函数在同一个作用域
  2. 函数名相同，参数不同，返回值没有要求

覆盖：
3. 两个函数分别在基类和派生类中的作用域中
4. 函数名/参数/返回值，都相同（协变除外）
5. 两个函数必须是虚函数

重定义（隐藏）
6. 一个在基类一个在派生类
7. 函数名相同
8. 不构成重写就是隐藏

抽象类

在虚函数的后面加上=0，这个函数就叫做纯虚函数，
包含纯虚函数的类就叫做抽象类，不能实例化出对象，
派生类继承以后，也不能实例化出对象，只有子类重写这个虚函数，才能实例化出对象，

底层剖析

在这里插入图片描述
我们会发现子类和父类是不一样的虚表，下面继承的是重写的虚函数（覆盖）
父类对象是父类对象的虚函数，子类对象是子类对象的虚函数
重写是语法层面，覆盖是原理上
覆盖成我重写的虚函数，

多态为什么必须是指针和引用呢？
指针和引用，虚表就是各自的，而用对象，那么虚表都是父类的，无法调用子类的，切片没有办法把虚表指针拷过去

多态的原理：
基类的指针/引用，指向谁就去谁的虚函数表中找到对应的虚函数进行调用，在父类里面找到父类的虚函数，在子类里面找到子类的虚函数，

同类型的对象，他的虚表指针是一样的，指向同一张虚表，都是指向它的
在这里插入图片描述
普通函数和虚函数都存储在代码段，只不过虚函数要把地址存一份到虚表，方便实现多态，

多态就算是私有的也可以调用，因为它是从虚表里面去找的，所以没有影响，有了虚函数这一个，私有也都是可以调用的，

总结：

  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func完成了重写，覆盖是指虚表中虚函数的覆盖，重写是语法上的 叫法，覆盖是原理层的叫法
  3. 子类继承下来没有重写的一部分，地址还是和父类的虚函数一样
  4. 子类也写了虚函数，这个虚函数也会在需表里面，只不过我们不好看

虚函数表在代码端（OS）/常量区（c语言）里面
虚表里面存的地址不是函数真正的地址，而是要跳几次才可以跳到目的函数

多继承中的虚表

打印虚表

class Base
{
   
public:
    virtual void func1() {
    cout << "base1::func1" << endl; }
    virtual void func2() {
    cout << "base1::func2" << endl; }

private:
    int a;
};


class driver : public Base
{
   
public:
    virtual void func1()
    {
   
        cout << "driver func1" << endl;
    }
    virtual void func3()
    {
   
        cout << "deriver func3" << endl;
    }
    void func4()
    {
   
        cout << "derive func4" << endl;
    }

private:
    int b;
};


typedef void(*vfptr)() ;//函数指针的typedef方式不一样，把名字定义在中间，重命名为vfptr
//对函数指针进行重命名


void printvftable(vfptr table[])//函数指针数组
{
   
    for(int i=0;table[i]!=nullptr;i++)//在windows下虚表最后一个元素是空
    {
      
        printf("vft[%d] :%p\n",i,table[i]);
        //我们有了一个函数地址，那么就可以调用它
        vfptr f=table[i];//f指向了函数指针的地址
        f();//调用了这个函数
        //我们发现这个是可以调用的
        //就算是私有的我们也可以调用到，因为我们这里不是通过直接调用，而是通过取出来了虚函数的地址，
        //这里不是通过对象调的
        //有了虚表就会有一些安全隐患

    }
    cout<<endl;
}
int main()
{
   
    person mike;
    student jason;
    func(mike);  //到mike里面找到虚函数指针，在虚函数指针里面找到对应的虚函数，然后调用它
    func(jason); //如果是子类，就会发生切割（切片），
    person &r1 = jason;
    person r2 = jason;
    student s1;
    student s2;

    derive d; //多继承之后，就有两个虚表，
    //子类里面有两张虚表，它自己的虚函数只放一个虚表，放在第一个继承的虚表里面
    // base1和base2里面都有func1，但是发现他们的地址不一样，只是jump指令，最后会jump到一个地方去了

    Base b;//虚表的指针在初始化列表（构造函数）里面处理，内置类型不处理，自定义类型调用自己的构造函数处理
    //vfptr(virtual function table pointer )

    printvftable((vfptr*)(*(void**)&b));//取虚表数组的首元素地址，在这个地方的头4个字节, 先转化成int* 再解引用就变成int了可以获得头4个字节了，但是类型不匹配, 所以还得再强转一下
    //取一个对象里面的虚表（虚函数指针数组）
    //这样就弄出来了虚表里面的两个函数
    //不能直接转化的，不是所有类型都可以强制类型转化的（不相关的类型是不可以直接转化的，相关类型之间才可以直接转），要先取出来对应的地址
    driver s;
    printvftable((vfptr*)(*(void**)&s));//取虚表数组的首元素地址，在这个地方的头4个字节, 先转化成int* 再解引用就变成int了可以获得头4个字节了，但是类型不匹配, 所以还得再强转一下

    //重写的func1，拷贝下来的func2，还有自己的func3
    
    return 0;
}

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打印成功
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