多態(tài)（1）靜態(tài)多態(tài)與動態(tài)多態(tài)

什么是多態(tài)

從字面上理解就是多種形態(tài)的意思。而多態(tài)一詞最初源自希臘語，其含義便是“多種形式”，意思是是具有多種形式或形態(tài)的情形，在C++語言中多態(tài)有著更廣泛的含義。在C++ primer一書中把具有繼承關(guān)系的多個類型稱為多態(tài)類型，因為我們能使用這些類型的“多種形式”而無須在意它們的差異。百度百科上提到在面向?qū)ο笳Z言中，接口的多種不同的實現(xiàn)方式即為多態(tài)。引用Charlie Calverts對多態(tài)的描述——多態(tài)性是允許你將父對象設(shè)置成為一個或更多的他的子對象相等的技術(shù)，賦值之后，父對象就可以根據(jù)當(dāng)前賦值給它的子對象的特性以不同的方式運作。簡單的說，就是一句話：允許將子類類型的指針賦值給父類類型的指針。多態(tài)性在Object Pascal和C++中都是通過虛函數(shù)實現(xiàn)的。

只從概念描述是無法深刻清晰的理解它的，下面我們就具體分析一下。

1、對象類型

這里所說的對象類型可以用下面的圖來體現(xiàn)：

我們通過代碼舉例說明一下

1 class Derived1:public Base 2 {}; 3 class Derived2:public Base 4 {}: 5 int main() 6 { 7? ? ? Derived1* p1 = new Derived1; 8? ? ? Base = p1; 9? ? ? Derived2* p2 = new Derived1;10? ? ? Base = p2;11? ? ? return = p212 }

靜態(tài)類型在編譯時總是已知的，他是變量聲明時的類型或表達(dá)式生成的類型；動態(tài)類型則是變量或表達(dá)式表示的內(nèi)存中的對象的類型。動態(tài)類型直到運行時才可知道。

2、靜態(tài)多態(tài)與動態(tài)多態(tài)

靜態(tài)多態(tài)和動態(tài)多態(tài)的區(qū)別其實用下面的圖就可以體現(xiàn)：

靜態(tài)多態(tài)

靜態(tài)多態(tài)也稱為靜態(tài)綁定或早綁。編譯器在編譯期間完成的， 編譯器根據(jù)函數(shù)實參的類型(可能會進(jìn)行隱式類型轉(zhuǎn)換) ， 可推斷出要調(diào)用那個函數(shù)， 如果有對應(yīng)的函數(shù)就調(diào)用該函數(shù)， 否則出現(xiàn)編譯錯誤。

1 int Add(int left,int right) 2 { 3? ? ? return left + right; 4 } 5 float Add(float left, float right) 6 { 7? ? ? return left + right; 8 } 9 int main()10 {

11? ? cout<

這里我把重載歸為了靜態(tài)多態(tài)。重載的實現(xiàn)是：編譯器根據(jù)函數(shù)不同的參數(shù)表，對同名函數(shù)的名稱做修飾，然后這些同名函數(shù)就成了不同的函數(shù)（至少對于編譯器來說是這樣的）。函數(shù)的調(diào)用，在編譯器間就已經(jīng)確定了，是靜態(tài)的（記住：是靜態(tài)）。也就是說，它們的地址在編譯期就綁定了（早綁定）。正是由于重載的這種性質(zhì)，也有結(jié)論認(rèn)為：重載只是一種語言特性，與多態(tài)無關(guān)，與面向?qū)ο笠矡o關(guān)。基于面向?qū)ο髞碚f重載的概念并不屬于“面向?qū)ο缶幊獭薄５嵌鄳B(tài)性又是一個比較廣泛的概念。這里為了便于理解先不去深度分析它們的區(qū)別，等多態(tài)的其它部分具體分析完畢，我們再來說。

動態(tài)多態(tài)

動態(tài)綁定： 在程序執(zhí)行期間(非編譯期) 判斷所引 用對象的實際類型， 根據(jù)其實際類型調(diào)用相應(yīng)的方法。使用virtual關(guān)鍵字修飾類的成員 函數(shù)時， 指明該函數(shù)為虛函數(shù)， 派生類需要重新實現(xiàn)， 編譯器將實現(xiàn)動態(tài)綁定。

1classCBase2{3public:4virtualvoidFunTest1(int_iTest) {5cout <<"CBase: : FunTest1()"<FunTest1(0);35pBase->FunTest2(0);36pBase->FunTest3(0);37pBase->FunTest4(0);

37 ? ? delete pBase;38getchar();39return0;40}

當(dāng)我們使用基類的指針或引用調(diào)用基類中定義的一個函數(shù)時時，我們并不知道該函數(shù)真正的對象是什么類型，因為他可能是一個基類的對象，也可能是一個派生類的對象。如果該函數(shù)是虛函數(shù)，則直到運行時才會知道到及執(zhí)行哪個版本，判斷的依據(jù)是引用或指針?biāo)壎ǖ膶ο蟮恼鎸嶎愋汀?/p>

析構(gòu)函數(shù)、靜態(tài)類型函數(shù)、友元函數(shù)、內(nèi)聯(lián)函數(shù)與虛函數(shù)

1classCTest2{3publi c:4/*virtual*/CTest()5{}6/*virtual*/stati c i nt FunTest()7{}8/*virtual*/CTest&operator=(constCTest&_test) {9return*thi s;10}11/*virtual*/fri end voi d FunTestFri end() ;

12 }

什么是虛函數(shù)

其實在前面的虛擬繼承中我們已經(jīng)用到了虛函數(shù)這個概念，在那里我們是為了解決菱形普通繼承中訪問二義性的問題，但在多態(tài)中，他有更大的作用。百度百科中對虛函數(shù)是這么說的：在某基類中聲明為 virtual 并在一個或多個派生類中被重新定義的成員函數(shù)，用法格式為：virtual 函數(shù)返回類型 函數(shù)名（參數(shù)表） {函數(shù)體}；實現(xiàn)多態(tài)性，通過指向派生類的基類指針或引用，訪問派生類中同名覆蓋成員函數(shù)。形象的解釋為“求同存異”，它的作用就是實現(xiàn)多態(tài)性。

簡單地說，那些被virtual關(guān)鍵字修飾的成員函數(shù)，就是虛函數(shù)。虛函數(shù)的作用，用專業(yè)術(shù)語來解釋就是實現(xiàn)多態(tài)性（Polymorphism），多態(tài)性是將接口與實現(xiàn)進(jìn)行分離；用形象的語言來解釋就是實現(xiàn)以共同的方法，但因個體差異，而采用不同的策略。

1 class A 2 { 3? ? public: 4? ? ? ? virtual void print(){cout<<"This is A"<print();18? ? p2->print();19? ? return 0;20 }

毫無疑問，class A的成員函數(shù)print（）已經(jīng)成了虛函數(shù)，那么class B的print（）成了虛函數(shù)了嗎？回答是Yes，我們只需在把基類的成員函數(shù)設(shè)為virtual，其派生類的相應(yīng)的函數(shù)也會自動變?yōu)樘摵瘮?shù)。所以，class B的print()也成了虛函數(shù)。那么對于在派生類的相應(yīng)函數(shù)前是否需要用virtual關(guān)鍵字修飾，那就是你自己的問題了（語法上可加可不加，不加的話編譯器會自動加上，但為了閱讀方便和規(guī)范性，建議加上）。

運行代碼，輸出的結(jié)果是This is A和This is B。

總結(jié)：指向基類的指針在操作它的多態(tài)類對象時，會根據(jù)不同的類對象，調(diào)用其相應(yīng)的函數(shù)，這個函數(shù)就是虛函數(shù)。

析構(gòu)函數(shù)與虛函數(shù)

當(dāng)在析構(gòu)函數(shù)前面加virtual關(guān)鍵字時報錯：

，我們來分析一下原因。

1、虛函數(shù)的執(zhí)行依賴于虛函數(shù)表。而虛函數(shù)表在構(gòu)造函數(shù)中進(jìn)行初始化工作，即初始化vptr，讓他指向正確的虛函數(shù)表。而在構(gòu)造對象期間，虛函數(shù)表還沒有被初 始化，將無法進(jìn)行。

2、構(gòu)造一個對象的時候，必須知道對象的實際類型，而虛函數(shù)行為是在運行期間確定實際類型的。而在構(gòu)造一個對象時，由于對象還未構(gòu)造成功。編譯器無法知道對象 的實際類型，是該類本身，還是該類的一個派生類，或是更深層次的派生類。無法確定。

虛函數(shù)的意思就是開啟動態(tài)綁定，程序會根據(jù)對象的動態(tài)類型來選擇要調(diào)用的方法。然而在構(gòu)造函數(shù)運行的時候，這個對象的動態(tài)類型還不完整，沒有辦法確定它到底是什么類型，故構(gòu)造函數(shù)不能動態(tài)綁定。（動態(tài)綁定是根據(jù)對象的動態(tài)類型而不是函數(shù)名，在調(diào)用構(gòu)造函數(shù)之前，這個對象根本就不存在，它怎么動態(tài)綁定？）

編譯器在調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)的時候并不知道你要構(gòu)造的是一個基類的對象還是一個派生類的對象。

靜態(tài)類型函數(shù)與虛函數(shù)

當(dāng)我們在靜態(tài)類型函數(shù)前加virtual關(guān)鍵字時報錯：

分析：

1、 static成員不屬于任何類對象或類實例，所以即使給此函數(shù)加上virutal也是沒有任何意義的。

2、static函數(shù)沒有this指針，并且不會進(jìn)入虛函數(shù)表的。當(dāng)通過指針或者引用調(diào)用時根本無法把this指針傳遞給static函數(shù)，從而無法體現(xiàn)出多態(tài)。靜態(tài)成員函數(shù)與普通成員函數(shù)的差別就在于缺少this指針，沒有這個this指針自然也就無從知道name是哪一個對象的成員了。

友元函數(shù)與虛函數(shù)

當(dāng)我們在友元函數(shù)前加virtual關(guān)鍵字時報錯：

因為C++不支持友元函數(shù)的繼承，對于沒有繼承特性的函數(shù)沒有虛函數(shù)的說法。

內(nèi)聯(lián)成員函數(shù)與虛函數(shù)

內(nèi)聯(lián)函數(shù)就是為了在代碼中直接展開，減少函數(shù)調(diào)用花費的代價，虛函數(shù)是為了在繼承后對象能夠準(zhǔn)確的執(zhí)行自己的動作，這是不可能統(tǒng)一的。（再說了，inline函數(shù)在編譯時被展開，虛函數(shù)在運行時才能動態(tài)的邦定函數(shù)）

賦值運算符的重載與虛函數(shù)

當(dāng)我們把賦值運算符的重載定義為虛函數(shù)時編譯可以通過，但是一般不建議這么做雖然可以將operator=定義為虛函數(shù)， 但使用時容易混淆。

1、無法給派生類的自有成員賦值；

2、調(diào)用虛函數(shù)要進(jìn)行查虛表等一系列操作，效率下降。

析構(gòu)函數(shù)與虛函數(shù)

析構(gòu)函數(shù)設(shè)為虛函數(shù)的作用:在類的繼承中，如果有基類指針指向派生類，那么用基類指針delete時，如果不定義成虛函數(shù)，派生類中派生的那部分無法析構(gòu)。

1 #include 2 #include 3 class A 4 { 5? ? public: 6? ? ?A(); 7? ? virtual~A(); 8 }; 9? ? ?A::A()10? ? ?{}11? ? A::~A()12? ? ?{13? ? printf("Delete class APn");14? ? ?}15 class B : public A16 {17? ? public:18? ? ?B();19? ? ~B();20 };21? ? ?B::B()22? ? ?{ }23? ? B::~B()24? ? ?{25? ? printf("Delete class BPn");26? ? ?}27 int main(int argc, char* argv[])28 {29? ? A *b=new B;30? ? delete b;31? ? return 0;32 }

輸出結(jié)果為：Delete class B ? ??Delete class A

如果把A的virtual去掉：那就變成了Delete class A也就是說不會刪除派生類里的剩余部分內(nèi)容，也即不調(diào)用派生類的虛函數(shù)

析構(gòu)函數(shù)總結(jié)：

1. 如果我們定義了一個構(gòu)造函數(shù)，編譯器就不會再為我們生成默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)了。

2. 編譯器生成的析構(gòu)函數(shù)是非虛的，除非是一個子類，其父類有個虛析構(gòu)，此時的函數(shù)虛特性來自父類。

3. 有虛函數(shù)的類，幾乎可以確定要有個虛析構(gòu)函數(shù)。

4. 如果一個類不可能是基類就不要申明析構(gòu)函數(shù)為虛函數(shù)，虛函數(shù)是要耗費空間的。

5. 析構(gòu)函數(shù)的異常退出會導(dǎo)致析構(gòu)不完全，從而有內(nèi)存泄露。最好是提供一個管理類，在管理類中提供一個方法來析構(gòu)，調(diào)用者再根據(jù)這個方法的結(jié)果決定下一步的操作。

6. 在構(gòu)造函數(shù)不要調(diào)用虛函數(shù)。在基類構(gòu)造的時候，虛函數(shù)是非虛，不會走到派生類中，既是采用的靜態(tài)綁定。顯然的是：當(dāng)我們構(gòu)造一個子類的對象時，先調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)，構(gòu)造子類中基類部分，子類還沒有構(gòu)造，還沒有初始化，如果在基類的構(gòu)造中調(diào)用虛函數(shù)，如果可以的話就是調(diào)用一個還沒有被初始化的對象，那是很危險的，所以C++中是不可以在構(gòu)造父類對象部分的時候調(diào)用子類的虛函數(shù)實現(xiàn)。但是不是說你不可以那么寫程序，你這么寫，編譯器也不會報錯。只是你如果這么寫的話編譯器不會給你調(diào)用子類的實現(xiàn)，而是還是調(diào)用基類的實現(xiàn)。

7.在析構(gòu)函數(shù)中也不要調(diào)用虛函數(shù)。在析構(gòu)的時候會首先調(diào)用子類的析構(gòu)函數(shù)，析構(gòu)掉對象中的子類部分，然后在調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)析構(gòu)基類部分，如果在基類的析構(gòu)函數(shù)里面調(diào)用虛函數(shù)，會導(dǎo)致其調(diào)用已經(jīng)析構(gòu)了的子類對象里面的函數(shù)，這是非常危險的。

8. 記得在寫派生類的拷貝函數(shù)時，調(diào)用基類的拷貝函數(shù)拷貝基類的部分。

總結(jié)：

1、 派生類重寫基類的虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)， 要求函數(shù)名 、 參數(shù)列表、 返回值完全相同。 (協(xié)變除外)。

2、 基類中定義了 虛函數(shù)， 在派生類中該函數(shù)始終保持虛函數(shù)的特性。

3、 只 有類的非靜態(tài)成員 函數(shù)才能定義為虛函數(shù)， 靜態(tài)成員 函數(shù)不能定義為虛函數(shù)。

4、 如果在類外定義虛函數(shù)， 只 能在聲明函數(shù)時加virtual關(guān)鍵字， 定義時不用加。

5、 構(gòu)造函數(shù)不能定義為虛函數(shù)， 雖然可以將operator=定義為虛函數(shù)， 但最好不要這么做， 使用時容易混淆。

6、 不要在構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中調(diào)用虛函數(shù)， 在構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中， 對象是不完整的， 可能會出現(xiàn)未定義的行為。

7、 最好將基類的析構(gòu)函數(shù)聲明為虛函數(shù)。 ( 因為派生類的析構(gòu)函數(shù)跟基類的析構(gòu)函數(shù)名稱不一樣， 但是構(gòu)成覆蓋， 這里編譯器做了特殊處理)

8、 虛表是所有類對象實例共用的。

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