多态
问题引出（赋值兼容性原则遇上函数重写）
面向对象新需求
C++提供的多态解决方案
多态案例
多态工程意义
面向对象三大概念、三种境界（封装、继承、多态）
多态成立条件
总结条件、看代码的时候要看出多态
1多态
1.1问题引出
如果子类定义了与父类中原型相同的函数会发生什么？
函数重写 在子类中定义与父类中原型相同的函数 函数重写只发生在父类与子类之间 |
class Parent { public: void print() { cout << "Parent:print() do..." << endl; } };
class Child : public Parent { public: void print() { cout << "Child:print() do..." << endl; } }; int main() { run00();
/* Child child; Parent *p = NULL; p = &child; child.print(); child.Parent::print(); */
system("pause"); return 0; } |
父类中被重写的函数依然会继承给子类 默认情况下子类中重写的函数将隐藏父类中的函数 通过作用域分辨符::可以访问到父类中被隐藏的函数 |
/* C/C++是静态编译型语言 在编译时，编译器自动根据指针的类型判断指向的是一个什么样的对象 */ /* 1、在编译此函数的时，编译器不可能知道指针 p 究竟指向了什么。 2、编译器没有理由报错。 3、于是，编译器认为最安全的做法是编译到父类的print函数，因为父类和子类肯定都有相同的print函数。 */
//面向对象新需求 //如果我传一个父类对象，执行父类的print函数 //如果我传一个子类对象，执行子类的print函数
//现象产生的原因 //赋值兼容性原则遇上函数重写 出现的一个现象 //1 没有理由报错 //2 对被调用函数来讲，在编译器编译期间，我就确定了，这个函数的参数是p，是Parent类型的。。。 //3静态链编
//工程开发中如何判断是不是多态存在？
/* 在同一个类里面能实现函数重载 继承的情况下，发生重写 重载不一定; 重写的定义 静态联编 重载是 动态联编 */ #include <iostream>
using namespace std;
class Parent { public: void print() { cout << "Parent:print() do..." << endl; } };
class Child : public Parent { public: void print() { cout << "Child:print() do..." << endl; } };
/* 1、在编译此函数的时，编译器不可能知道指针 p 究竟指向了什么。 2、编译器没有理由报错。 3、于是，编译器认为最安全的做法是编译到父类的print函数，因为父类和子类肯定都有相同的print函数。 */
void howToPrint(Parent* p) { p->print(); }
void run00() { Child child; Parent* pp = &child; Parent& rp = child;
//child.print();
//通过指针 //pp->print(); //通过引用 //rp.print();
howToPrint(&child); } int main() { run00();
/* Child child; Parent *p = NULL; p = &child; child.print(); child.Parent::print(); */
system("pause"); return 0; }
|
1.2面向对象新需求
编译器的做法不是我们期望的
根据实际的对象类型来判断重写函数的调用
如果父类指针指向的是父类对象则调用父类中定义的函数
如果父类指针指向的是子类对象则调用子类中定义的重写函数
1.3解决方案
-
C++中通过virtual关键字对多态进行支持
-
使用virtual声明的函数被重写后即可展现多态特性
1.4多态实例
#include "iostream" using namespace std;
class HeroFighter { public:
public: virtual int ackPower() { return 10; } };
class AdvHeroFighter : public HeroFighter { public: virtual int ackPower() { return HeroFighter::ackPower() * 2; } };
class enemyFighter { public: int destoryPower() { return 15; } };
//如果把这个结构放在动态库里面 //写了一个框架，可以调用 //我的第3代战机代码出现的时间晚于框架出现的时间。。。。 //框架 有使用后来人 写的代码的能力。。。 //面向对象3大概念 /* 封装 突破了C语言函数的概念。。
继承 代码复用 。。。。我复用原来写好的代码。。。
多态 多态可以使用未来。。。。。80年代写了一个框架。。。。。。90人写的代码 多态是我们软件行业追寻的一个目标。。。 //// */ // void objPK(HeroFighter *hf, enemyFighter *enemyF) { if (hf->ackPower() >enemyF->destoryPower()) { printf("英雄打败敌人。。。胜利\n"); } else { printf("英雄。。。牺牲\n"); } }
void main() { HeroFighter hf; enemyFighter ef;
objPK(&hf, &ef);
AdvHeroFighter advhf;
objPK(&advhf, &ef); system("pause"); } |
1.5多态工程意义
//面向对象3大概念
/*
封装
突破了C语言函数的概念。。
继承
代码复用 。。。。我复用原来写好的代码。。。
多态
多态可以使用未来。。。。。80年代写了一个框架。。。。。。90人写的代码
多态是我们软件行业追寻的一个目标。。。
//写了一个框架，可以调用后来人，写的代码的能力
////
*/
1.6多态成立的条件
//间接赋值成立的3个条件
//1 定义两个变量。。。
//2 建立关联 。。。。
//3 *p
//多态成立的三个条件
//1 要有继承
//2 要有函数重写。。。虚函数
//3 要有父类指针（父类引用）指向子类对象
//多态是设计模式的基础，多态是框架的基础
1.7多态的理论基础
01静态联编和动态联编
1、联编是指一个程序模块、代码之间互相关联的过程。
2、静态联编（static binding），是程序的匹配、连接在编译阶段实现，也称为早期匹配。
重载函数使用静态联编。
3、动态联编是指程序联编推迟到运行时进行，所以又称为晚期联编（迟绑定）。
switch 语句和 if 语句是动态联编的例子。
4、理论联系实际
1、C++与C相同，是静态编译型语言 2、在编译时，编译器自动根据指针的类型判断指向的是一个什么样的对象；所以编译器认为父类指针指向的是父类对象。 3、由于程序没有运行，所以不可能知道父类指针指向的具体是父类对象还是子类对象 从程序安全的角度，编译器假设父类指针只指向父类对象，因此编译的结果为调用父类的成员函数。这种特性就是静态联编。 |
2多态相关面试题
面试题1：请谈谈你对多态的理解
多态的实现效果 多态：同样的调用语句有多种不同的表现形态； 多态实现的三个条件 有继承、有virtual重写、有父类指针（引用）指向子类对象。 多态的C++实现 virtual关键字，告诉编译器这个函数要支持多态；不是根据指针类型判断如何调用；而是要根据指针所指向的实际对象类型来判断如何调用→多态的理论基础 动态联编PK静态联编。根据实际的对象类型来判断重写函数的调用。 多态的重要意义 设计模式的基础 是框架的基石。 实现多态的理论基础 函数指针做函数参数 C函数指针是C++至高无上的荣耀。C函数指针一般有两种用法（正、反）。 多态原理探究 与面试官展开讨论 |
面试题2：谈谈C++编译器是如何实现多态
c++编译器多态实现原理
面试题3：谈谈你对重写，重载理解
函数重载
必须在同一个类中进行
子类无法重载父类的函数，父类同名函数将被名称覆盖
重载是在编译期间根据参数类型和个数决定函数调用
函数重写
必须发生于父类与子类之间
并且父类与子类中的函数必须有完全相同的原型
使用virtual声明之后能够产生多态(如果不使用virtual，那叫重定义)
多态是在运行期间根据具体对象的类型决定函数调用
#include <cstdlib> #include <iostream>
using namespace std;
class Parent01 { public: Parent01() { cout << "Parent01:printf()..do" << endl; } public: virtual void func() { cout << "Parent01:void func()" << endl; }
virtual void func(int i) { cout << "Parent:void func(int i)" << endl; }
virtual void func(int i, int j) { cout << "Parent:void func(int i, int j)" << endl; } };
class Child01 : public Parent01 {
public:
//此处2个参数，和子类func函数是什么关系 void func(int i, int j) { cout << "Child:void func(int i, int j)" << " " << i + j << endl; }
//此处3个参数的，和子类func函数是什么关系 void func(int i, int j, int k) { cout << "Child:void func(int i, int j, int k)" << " " << i + j + k << endl; } };
void run01(Parent01* p) { p->func(1, 2); }
int main() { Parent01 p;
p.func(); p.func(1); p.func(1, 2);
Child01 c; //c.func(); //问题1 c.Parent01::func(); c.func(1, 2);
run01(&p); run01(&c);
system("pause"); return 0; }
//问题1：child对象继承父类对象的func，请问这句话能运行吗？why //c.func(); //因为名称覆盖，C++编译器不会去父类中寻找0个参数的func函数，只会在子类中找func函数。
//1子类里面的func无法重载父类里面的func //2当父类和子类有相同的函数名、变量名出现，发生名称覆盖（子类的函数名，覆盖了父类的函数名。） //3//c.Parent::func(); //问题2 子类的两个func和父类里的三个func函数是什么关系？ |
面试题4：是否可类的每个成员函数都声明为虚函数，为什么。 c++编译器多态实现原理
面试题5：构造函数中调用虚函数能实现多态吗？为什么？ c++编译器多态实现原理
面试题6：虚函数表指针（VPTR）被编译器初始化的过程，你是如何理解的？
c++编译器多态实现原理
面试题7：父类的构造函数中调用虚函数，能发生多态吗？ c++编译器多态实现原理
面试题8：为什么要定义虚析构函数？
在什么情况下应当声明虚函数
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构造函数不能是虚函数。建立一个派生类对象时，必须从类层次的根开始，沿着继承路径逐个调用基类的构造函数
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析构函数可以是虚的。虚析构函数用于指引 delete 运算符正确析构动态对象
其他
父类指针和子类指针的步长
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铁律1：指针也只一种数据类型，C++类对象的指针p++/--，仍然可用。
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指针运算是按照指针所指的类型进行的。
p++ <==> p=p+1 //p = (unsigned int)basep + sizeof(*p) 步长。
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结论：父类p++与子类p++步长不同；不要混搭，不要用父类指针++方式操作数组。
3多态原理探究
理论知识：
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当类中声明虚函数时，编译器会在类中生成一个虚函数表
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虚函数表是一个存储类成员函数指针的数据结构
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虚函数表是由编译器自动生成与维护的
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virtual成员函数会被编译器放入虚函数表中
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当存在虚函数时，每个对象中都有一个指向虚函数表的指针（C++编译器给父类对象、子类对象提前布局vptr指针；当进行howToPrint(Parent *base)函数是，C++编译器不需要区分子类对象或者父类对象，只需要再base指针中，找vptr指针即可。）
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VPTR一般作为类对象的第一个成员
3.1 多态的实现原理
C++中多态的实现原理 当类中声明虚函数时，编译器会在类中生成一个虚函数表 虚函数表是一个存储类成员函数指针的数据结构 虚函数表是由编译器自动生成与维护的 virtual成员函数会被编译器放入虚函数表中 存在虚函数时，每个对象中都有一个指向虚函数表的指针(vptr指针) |
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说明1： 通过虚函数表指针VPTR调用重写函数是在程序运行时进行的，因此需要通过寻址操作才能确定真正应该调用的函数。而普通成员函数是在编译时就确定了调用的函数。在效率上，虚函数的效率要低很多。 说明2： 出于效率考虑，没有必要(即可以)将所有成员函数都声明为虚函数 |
说明3 ：C++编译器，执行HowToPrint函数，不需要区分是子类对象还是父类对象
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3.2如何证明vptr指针的存在
#include <iostream> using namespace std;
class A { public: void printf() { cout << "aaa" << endl; } protected: private: int a; };
class B { public: virtual void printf() { cout << "aaa" << endl; } protected: private: int a; };
void main() { //加上virtual关键字 c++编译器会增加一个指向虚函数表的指针 。。。 printf("sizeof(a):%d, sizeof(b):%d \n", sizeof(A), sizeof(B)); cout << "hello..." << endl; system("pause"); return; } |
3.3构造函数中能调用虚函数，实现多态吗
1）对象中的VPTR指针什么时候被初始化？
对象在创建的时,由编译器对VPTR指针进行初始化 只有当对象的构造完全结束后VPTR的指向才最终确定 父类对象的VPTR指向父类虚函数表 子类对象的VPTR指向子类虚函数表 |
2）分析过程 画图分析
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