關(guān)于虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)多態(tài)的原理及分析

更新時(shí)間：2023年02月05日 16:37:38 作者：Cynantrs

這篇文章主要介紹了C++中如何實(shí)現(xiàn)多態(tài)問題，具有很好的參考價(jià)值，具有很好的參考價(jià)值，希望對(duì)大家有所幫助。如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方，望不吝賜教

1、C++中如何實(shí)現(xiàn)多態(tài)

基類中先聲明一個(gè)虛函數(shù)
至少有一個(gè)繼承該基類的子類

2、虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)多態(tài)的原理

當(dāng)一個(gè)類中出現(xiàn)虛函數(shù)或著子類繼承了虛函數(shù)時(shí)，就會(huì)在該類中產(chǎn)生一個(gè)虛函數(shù)表（virtual table），虛函數(shù)表實(shí)際上是一個(gè)函數(shù)指針數(shù)組（在有的編譯器作用下是鏈表），里面的每一個(gè)元素對(duì)應(yīng)指向該類中的某一個(gè)虛函數(shù)的指針。
被該類聲明的對(duì)象會(huì)包含一個(gè)虛函數(shù)表指針（virtual table pointer），指向該類的虛函數(shù)表的地址。
虛函數(shù)的調(diào)用過程：當(dāng)一個(gè)對(duì)象要調(diào)用到虛函數(shù)時(shí)，先將對(duì)象內(nèi)存中的vptr指針（虛函數(shù)表指針）指向定義該類的vtbl（虛函數(shù)表），vtbl再尋找里面的指針指向想要調(diào)用的虛函數(shù)，從而完成虛函數(shù)的調(diào)用。

2.1 單類繼承

定義一個(gè)父類

class Person{
public:
	virtual void f(){cout << "use f()" << endl;}
	virtual void g(){cout << "use g()" << endl;}
	virtual void h(){cout << "use h()" << endl;}
};

父類對(duì)象其在內(nèi)存中布局如下：

再定義一個(gè)子類，此時(shí)并不覆蓋父類的虛函數(shù)：

class Bag:public Person{
public:
	virtual void i(){cout << "use i()" << endl;}
	virtual void j(){cout << "use j()" << endl;}
};

可以看出虛函數(shù)表內(nèi)的虛函數(shù)是按聲明順序進(jìn)行排序的

父類虛函數(shù)排在子類虛函數(shù)之前

當(dāng)我們把子類中的虛函數(shù)覆蓋掉：（修改Bag類）

class Bag:public Person{
public:
	void f(){cout << "class Bag use fun" << endl;}
	virtual void i(){cout << "use i()" << endl;}
	virtual void j(){cout << "use j()" << endl;}
};

子類覆蓋的虛函數(shù)，放在父類原先放該虛函數(shù)的位置上。

所以當(dāng)父類指針指向該子類對(duì)象時(shí)，會(huì)調(diào)用該子類的重載函數(shù)

2.2 多類繼承

子類沒有覆蓋父類的虛函數(shù)

子類的虛函數(shù)放在第一張?zhí)摵瘮?shù)表中，緊跟著第一個(gè)父類的虛函數(shù)

如果每個(gè)父類都有虛函數(shù)，則有幾個(gè)父類就有幾張?zhí)摵瘮?shù)表

子類覆蓋父類的虛函數(shù)

父類的虛函數(shù)被子類覆蓋后，則該子類對(duì)應(yīng)的重載函數(shù)的位置在被覆蓋的父類函數(shù)的位置上。（如果父類沒有該虛函數(shù)，則不用被覆蓋）

父類的虛函數(shù)被子類覆蓋后，則父類指針指向該子類對(duì)象時(shí)，調(diào)用的f（）便是子類中重載的f（）

示例

#include <iostream>
using namespace std;

class Person1{
public:
    virtual void f(){}
    virtual void g(){}
    virtual void h(){}
    virtual ~Person1(){}
};

class Person2{
public:
    virtual void f(){}
    virtual void g(){}
    virtual void h(){}
    void a(){           // 成員函數(shù)，不需要重載
        cout << "class Person2" << endl;
    }
    virtual ~Person2(){}
};

class Person3{
public:
    virtual void g(){}
    virtual void h(){}
    virtual ~Person3(){}
};

class Bag:public Person1, public Person2, public Person3{
public:
    void f(){
        cout << "Bag f()" << endl;
    }
    void g(){
        cout << "Bag g()" << endl;
    }
    void a(){
        cout << "Class Bag" << endl;
    }
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
    Person3* p3 = new Bag;
    //p3->f();    // P3 沒有成員函數(shù)f（）
                  // 多態(tài)首先得是 父類有虛函數(shù)，其次是子類要定義該函數(shù)的重載
                  // 如果父類的虛函數(shù)改為成員函數(shù)，則子類無法進(jìn)行重載，即無法實(shí)現(xiàn)多態(tài)
    delete p3;
    p3 = NULL;

    Person1* p1 = new Bag;
    p1->f();
    delete p1;
    p1 = NULL;

    Person2* p2 = new Bag;
    p2->a();
    delete p2;
    p2 = NULL;
    
    return 0;
}