虛函數(shù)和多態(tài)

虛函數(shù)：

• 在類的定義中，前面有 virtual 關(guān)鍵字的成員函數(shù)稱為虛函數(shù)
• virtual 關(guān)鍵字只用在類定義里的函數(shù)聲明中，寫(xiě)函數(shù)體時(shí)不用

比如：

class Base 
{
    virtual int Fun() ; // 虛函數(shù)
};
int Base::Fun() // virtual 字段不用在函數(shù)體時(shí)定義
{ }

• 多態(tài)的表現(xiàn)形式 派生類的指針」
• 可以賦給「基類指針」通過(guò)基類指針調(diào)用基類和派生類中的同名「虛函數(shù)」時(shí)
  

1.若該指針指向一個(gè)基類的對(duì)象，那么被調(diào)用是 基類的虛函數(shù)；

2.若該指針指向一個(gè)派生類的對(duì)象，那么被調(diào)用 的是派生類的虛函數(shù)

#include <iostream>
using namespace std;
class Animal
{
public:
	virtual void speak()
	{
		cout << "動(dòng)物在說(shuō)話" << endl;
	}
};
class Cat: public Animal
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "貓?jiān)诮? << endl;
	}
};
void test01()
{
	Cat cat;
	Animal* p = &cat;//Animal *p=new Cat
	p->speak();//用哪個(gè)虛函數(shù)取決于 p 指向哪種類型的對(duì)象
}
int main()
{
	test01();
}

派生類的對(duì)象可以賦給基類「引用」通過(guò)基類引用調(diào)用基類和派生類中的同名「虛函數(shù)」時(shí)

1.若該引用引用的是一個(gè)基類的對(duì)象，那么被調(diào) 用是基類的虛函數(shù)

2.若該引用引用的是一個(gè)派生類的對(duì)象，那么被 調(diào)用的是派生類的虛函數(shù)

比如：

#include <iostream>
using namespace std;
class Animal
{
public:
	virtual void speak()
	{
		cout << "動(dòng)物在說(shuō)話" << endl;
	}
};
class Cat: public Animal
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "貓?jiān)诮? << endl;
	}
};
void test01()
{
	Cat cat;
	Animal& p = cat;
	p.speak();
}
int main()
{
	test01();
}

多態(tài)的作用

在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)中使用「多態(tài)」，能夠增強(qiáng)程序的可擴(kuò)充性，即程序需要修改或增加功能的時(shí)候，需要改動(dòng)和增加的代碼較少。

多態(tài)的一個(gè)例子

比如：

class Base 
{
public:
    void fun1() 
    { 
        fun2(); 
    }
    virtual void fun2()  // 虛函數(shù)
    { 
        cout << "Base::fun2()" << endl; 
    }
};
class Derived : public Base 
{
public:
    virtual void fun2()  // 虛函數(shù)
    { 
        cout << "Derived:fun2()" << endl; 
    }
};
int main() 
{
    Derived d;
    Base * pBase = & d;
    pBase->fun1();
    return 0;
}

請(qǐng)問(wèn)輸出結(jié)果是什么？

我們可能會(huì)認(rèn)為pBase 指針對(duì)象雖然指向的是派生類對(duì)象，但是派生類里沒(méi)有 fun1 成員函數(shù)，則就調(diào)用基類的 fun1 成員函數(shù)，Base::fun1() 里又會(huì)調(diào)用基類的 fun2 成員函數(shù)，所以輸出結(jié)果是Base::fun2()

但結(jié)果卻是Derived:fun2()，為什么會(huì)這樣？

我們將代碼修改一下

class Base 
{
public:
    void fun1() 
    { 
        this->fun2();  // this是基類指針，fun2是虛函數(shù)，所以是多態(tài)
    }
}

this指針的作用域是在類內(nèi)部，當(dāng)在類的非靜態(tài)成員函數(shù)中訪問(wèn)類的非靜態(tài)成員的時(shí)候，編譯器會(huì)自動(dòng)將對(duì)象本身的地址作為一個(gè)隱含參數(shù)傳遞給函數(shù)，其作用就是指向成員函數(shù)所作用的對(duì)象，所以非靜態(tài)成員函數(shù)中可以直接使用 this 來(lái)代表指向該函數(shù)作用的對(duì)象的指針。

pBase 指針對(duì)象指向的是派生類對(duì)象，派生類里沒(méi)有 fun1 成員函數(shù)，所以就會(huì)調(diào)用基類的 fun1 成員函數(shù)，在Base::fun1() 成員函數(shù)體里執(zhí)行 this->fun2() 時(shí)，實(shí)際上指向的是派生類對(duì)象的 fun2 成員函數(shù)。

所以我們需要注意：

• 在非構(gòu)造函數(shù)，非析構(gòu)函數(shù)的成員函數(shù)中調(diào)用「虛函數(shù)」，是多態(tài)

構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中存在多態(tài)嗎？

在構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中調(diào)用「虛函數(shù)」，不是多態(tài)。編譯時(shí)即可確定，調(diào)用的函數(shù)是自己的類或基類中定義的函數(shù)，不會(huì)等到運(yùn)行時(shí)才決定調(diào)用自己的還是派生類的函數(shù)。

#include <iostream>
using namespace std;
// 基類
class CFather
{
public:
    virtual void hello() // 虛函數(shù)
    {
        cout << "hello from father" << endl;
    }
    virtual void bye() // 虛函數(shù)
    {
        cout << "bye from father" << endl;
    }
};
// 派生類
class CSon : public CFather
{
public:
    CSon() // 構(gòu)造函數(shù)
    {
        hello();
    }
    ~CSon()  // 析構(gòu)函數(shù)
    {
        bye();
    }
    virtual void hello() // 虛函數(shù)
    {
        cout << "hello from son" << endl;
    }
};
int main()
{
    CSon son;
    CFather* pfather;
    pfather = &son;
    pfather->hello(); //多態(tài)
    return 0;
}

結(jié)果為：

hello from son // 構(gòu)造son對(duì)象時(shí)執(zhí)行的構(gòu)造函數(shù)
hello from son // 多態(tài)
bye from father // son對(duì)象析構(gòu)時(shí)，由于CSon類沒(méi)有bye成員函數(shù)，所以調(diào)用了基類的bye成員函數(shù)

多態(tài)的實(shí)現(xiàn)原理

「多態(tài)」的關(guān)鍵在于通過(guò)基類指針或引用調(diào)用一個(gè)虛函數(shù)時(shí)，編譯時(shí)不能確定到底調(diào)用的是基類還是派生類的函數(shù)，運(yùn)行時(shí)才能確定。

class A 
{
public:
    int i;
    virtual void Print() { } // 虛函數(shù)
};
class B
{
public:
    int n;
    void Print() { } 
};
int main() 
{
    cout << sizeof(A) << ","<< sizeof(B);
    return 0;
}

在32位機(jī)子中：8 4

從上面的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)有虛函數(shù)的類，多出了4 個(gè)字節(jié)，在 32 位機(jī)子上指針類型大小正好是 4 個(gè)字節(jié)，這多出 4 個(gè)字節(jié)的指針有什么作用呢？

虛函數(shù)表

每一個(gè)有「虛函數(shù)」的類（或有虛函數(shù)的類的派生類）都有一個(gè)「虛函數(shù)表」，該類的任何對(duì)象中都放著虛函數(shù)表的指針?！柑摵瘮?shù)表」中列出了該類的「虛函數(shù)」地址。

多出來(lái)的 8 個(gè)字節(jié)就是用來(lái)放「虛函數(shù)表」的地址。

// 基類
class Base 
{
public:
    int i;
    virtual void Print() { } // 虛函數(shù)
};
// 派生類
class Derived : public Base
{
public:
    int n;
    virtual void Print() { } // 虛函數(shù)
};

上面 Derived 類繼承了 Base類，兩個(gè)類都有「虛函數(shù)」，那么它「虛函數(shù)表」的形式可以理解成下圖：

多態(tài)的函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句被編譯成一系列根據(jù)基類指針?biāo)赶虻模ɑ蚧愐盟玫模?duì)象中存放的虛函數(shù)表的地址，在虛函數(shù)表中查找虛函數(shù)地址，并調(diào)用虛函數(shù)的指令

虛析構(gòu)函數(shù)

析構(gòu)函數(shù)是在刪除對(duì)象或退出程序的時(shí)候，自動(dòng)調(diào)用的函數(shù)，其目的是做一些資源釋放。

那么在多態(tài)的情景下，通過(guò)基類的指針刪除派生類對(duì)象時(shí)，通常情況下只調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)，這就會(huì)存在派生類對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)沒(méi)有調(diào)用到，存在資源泄露的情況。

比如：

// 基類
class A 
{
public: 
    A()  // 構(gòu)造函數(shù)
    {
        cout << "construct A" << endl;
    }
    ~A() // 析構(gòu)函數(shù)
    {
        cout << "Destructor A" << endl;
    }
};
// 派生類
class B : public A 
{
public: 
    B()  // 構(gòu)造函數(shù)
    {
        cout << "construct B" << endl;
    }
    ~B()// 析構(gòu)函數(shù)
    {
        cout << "Destructor B" << endl;
    }
};
int main() 
{
    A *pa = new B();
    delete pa;
    return 0;
}

輸出結(jié)果：

construct A
construct B
Destructor A

從上面的輸出結(jié)果可以看到，在刪除 pa指針對(duì)象時(shí)，B 類的析構(gòu)函數(shù)沒(méi)有被調(diào)用

解決辦法：把基類的析構(gòu)函數(shù)聲明為virtual

• 派生類的析構(gòu)函數(shù)可以 virtual 不進(jìn)行聲明
• 通過(guò)基類的指針刪除派生類對(duì)象時(shí)，首先調(diào)用派生類的析構(gòu)函數(shù)，然后調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)，還是遵循「先構(gòu)造，后虛構(gòu)」的規(guī)則

// 基類
class A 
{
public: 
    A()  
    {
        cout << "construct A" << endl;
    }
    virtual ~A() // 虛析構(gòu)函數(shù)
    {
        cout << "Destructor A" << endl;
    }
};

輸出結(jié)果：

construct A
construct B
Destructor B
Destructor A

純虛函數(shù)和抽象類

純虛函數(shù)： 沒(méi)有函數(shù)體的虛函數(shù)

class A 
{
public:
    virtual void Print( ) = 0 ; //純虛函數(shù)
private: 
    int a;
};

包含純虛函數(shù)的類叫抽象類

• 抽象類只能作為基類來(lái)派生新類使用，不能創(chuàng)建抽象類的對(duì)象
• 抽象類的指針和引用可以指向由抽象類派生出來(lái)的類的對(duì)象

A a;         // 錯(cuò)，A 是抽象類，不能創(chuàng)建對(duì)象
A * pa ;     // ok,可以定義抽象類的指針和引用
pa = new A ; // 錯(cuò)誤, A 是抽象類，不能創(chuàng)建對(duì)象

總結(jié)

本篇文章就到這里了，希望能給你帶來(lái)幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容！