C++面向对象之多态的实现和应用详解

 更新时间:2017年09月10日 10:23:56   作者:Dawn_sf  
相信大家都知道面向对象的三大特性是封装,继承和多态,下面这篇文章主要给大家介绍了关于C++面向对象之多态的实现和应用的相关资料,文中通过示例代码介绍的非常详细,需要的朋友可以参考借鉴,下面来一起看看吧。

前言

本文主要给大家介绍的是关于C++面向对象之多态的实现和应用的相关内容,分享出来供大家参考学习,下面话不多说了,来一起看看详细的介绍吧。

多态

大家应该都听过C++三大特性之一多态,那么什么多态呢?多态有什么用?通俗一点来讲->

多态性可以简单地概括为“一个接口,多种方法”,程序在运行时才决定调用的函数,它是面向对象编程领域的核心概念。当多态应用形参类型的时候,可以接受更多的类型。当多态用于返回值类型的时候,可以返回更多类型的数据。多态可以让你的代码拥有更好的扩展性。

多态分两种分别为静态多态和动态多态:

  • 静态多态:静态多态就是重载,因为是在编译期决议确定,所以称为静态多态。
  • 动态多态:动态多态就是通过继承重写基类的虚函数实现的多态,因为是在运行时决议确定,所以称为动态多态。

而我们主要今天来看动态多态的问题。比如我们来看下面的代码,就是简单的动态多态:

class Person 
{ 
public: 
 virtual void BuyTickets() 
 { 
 cout << " 买票" << endl; 
 } 
 
protected: 
 string _name; // 姓名 
}; 
 
class Student : public Person 
{ 
public: 
 virtual void BuyTickets() 
 { 
 cout << " 买票-半价 " << endl; 
 } 
 
protected: 
 int _num; //学号 
}; 
 
void Fun(Person& p) 
{ 
 p.BuyTickets(); 
} 
 
void Test() 
{ 
 Person p; 
 Student s; 
 Fun(p); 
 Fun(s); 
} 
int main() 
{ 
 Test(); 
 system("pause"); 
 return 0; 
} 

构成多态的四大条件: (缺一不可)

      1.不在同一作用域(分别在父类和子类)

      2.函数名相等/参数相等/返回值相同/(协变除外)

      3.基类函数必须有virtual关键字

      4.访问修饰符可以不同

具体多态是如何实现的?? 这里我们先从虚函数表这个知识点讲起,每一个带有虚函数的对象都会有一个虚函数表,虚函数表里存的是函数指针,然后调用的时候,指针回去虚函数表里面访问查找。对于这个知识点我的另外一个博客很详细的讲解到,大家可以先看看这个:https://www.jb51.net/article/123308.htm

然后我们来了解一下重写是什么东西?

重写的过程

如果这块还是不理解,你可以看我专门写虚函数那片博客,仔细看一定会看懂的.

接下来多态的原理我们就明白了吧. 发生重写之后,下一次父类指针指向我调用fun()函数的时候,它调用到的就是子类的fun()函数,其实多态就是这么简单,只要理解重写就理解多态. 虚函数表是我们必须掌握的一个知识点.

通过汇编来分析多态的实现

好了,我们继续往下走,刚刚我们从虚函数表这方面,探究了多态的实现,现在我们再从汇编的角度再来看多态是如何实现的。

我们来看一段新的代码:

class Person 
{ 
public: 
 virtual void BuyTickets() 
 { 
 cout << " 买票" << endl; 
 } 
 
protected: 
 string _name; // 姓名 
}; 
 
class Student : public Person 
{ 
public: 
 virtual void BuyTickets() 
 { 
 cout << " 买票-半价 " << endl; 
 } 
 
protected: 
 int _num; //学号 
}; 
void Fun(Person& p) 
{ 
 p.BuyTickets(); 
} 
 
void Test() 
{ 
 Person p; 
 Student q; 
 Person* ptr = &q; 
 p.BuyTickets(); 
 ptr->BuyTickets(); 
} 
int main() 
{ 
 Test(); 
 system("pause"); 
 return 0; 
} 

打开我们的反汇编窗口:

这里我们看到用指向子类的父类类型指针调用BuyTickets函数和直接用对象调用汇编代码相差巨大,一个只有2句话,一个那么长,这是因为在发生多态时当你用指针调用时,系统不知道你要用哪一个函数,因为这里有多态现象,所以系统只能老实的去虚函数表里查找,所以才会有这么多的代码,接下来我们来解释一下这些汇编,来看看系统是调用虚表的。

 

这里我们就关心到了那四个红色的句子,可以看到这里一直都是想讲虚函数表的地址传给系统,然后再传this指针,就可以调用哪个函数了。蓝色的就是一个小知识~ 知道有这么个东西就好了.

虚函数是在基类中定义的,目的是不确定它的派生类的具体行为。例:

  1. 定义一个基类:class Animal//动物。它的函数为breathe()//呼吸。
  2. 再定义一个类class Fish//鱼 。它的函数也为breathe()
  3. 再定义一个类class Sheep //羊。它的函数也为breathe()
  4. 为了简化代码,将Fish,Sheep定义成基类Animal的派生类。

然而Fish与Sheep的breathe不一样,一个是在水中通过水来呼吸,一个是直接呼吸空气。所以基类不能确定该如何定义breathe,所以在基类中只定义了一个virtual breathe,它是一个空的虚函数。具本的函数在子类中分别定义。程序一般运行时,找到类,如果它有基类,再找它的基类,最后运行的是基类中的函数,这时,它在基类中找到的是virtual标识的函数,它就会再回到子类中找同名函数。派生类也叫子类。基类也叫父类。这就是虚函数的产生,和类的多态性(breathe)的体现。

 一般情况下(没有涉及virtual函数),当我们用一个指针/引用调用一个函数的时候,被调用的函数是取决于这个指针/引用的类型。即如果这个指针/引用是基类对象的指针/引用就调用基类的方法;如果指针/引用是派生类对象的指针/引用就调用派生类的方法,当然如果派生类中没有此方法,就会向上到基类里面去寻找相应的方法。这些调用在编译阶段就确定了。

当设计到多态性的时候,采用了虚函数和动态绑定,此时的调用就不会在编译时候确定而是在运行时确定。不在单独考虑指针/引用的类型而是看指针/引用的对象的类型来判断函数的调用,根据对象中虚指针指向的虚表中的函数的地址来确定调用哪个函数。

现在我们来一个小练习:

#include<iostream> 
#include<Windows.h> 
using namespace std; 
 
class A 
{ 
public: 
 void foo() 
 { 
 printf("1\n"); 
 } 
 virtual void fun() 
 { 
 printf("2\n"); 
 } 
}; 
class B : public A 
{ 
public: 
 void foo() 
 { 
 printf("3\n"); 
 } 
 void fun() 
 { 
 printf("4\n"); 
 } 
}; 
int main(void) 
{ 
 A a; 
 B b; 
 A *p = &a; 
 p->foo(); 
 p->fun(); 
 p = &b; 
 p->foo(); 
 p->fun(); 
 system("pause"); 
 return 0; 
} 

这道题的运行结果分别是 1 2 1 4,,现在我们来分析为什么?

首先当一个父类类型指针指向父类时,我们应该知道这里没有多态,该怎么调用就怎么调用,所以调用了父类里面的foo函数和fun函数。现在我们重点来看后面这个,现在B继承了A,我们先判断这里是否有多态现象(1.父类和子类是否有重写现象 2.是否有父类类型的指针指向子类),现在很明显子类的fun函数重写了父类的fun函数,所以现在p->fun()调用的就是子类的fun函数,然后foo函数,根本不构成多态,所以这里指针类型是什么那个对象就按那个对象调用。总结一下当你碰到关于继承的问题,首先判断它里面是否有多态现象,如果没有那就根据指针/引用类型调用。如果有多态的话,一定要注意根据指针/引用的指向对象判断。

总结

以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,如果有疑问大家可以留言交流,谢谢大家对脚本之家的支持。

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