【C++进阶】继承、多态的详解(多态篇)

【C++进阶】继承、多态的详解(多态篇)

目录

  • 【C++进阶】继承、多态的详解(多态篇)
      • 多态的概念
      • 多态的定义及实现
          • 多态的构成条件(重点)
          • 虚函数
          • 虚函数的重写(覆盖、一种接口继承)
          • C++11 override 和 final
          • 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比
      • 抽象类
          • 概念
          • 动态绑定与静态绑定
      • 单继承和多继承关系的虚函数表
          • 菱形继承、菱形虚拟继承
      • 常见的题目
      • 附加问题

作者:爱写代码的刚子
时间:2023.8.16
前言:本篇博客主要介绍C++中多态有关的知识,是C++中的一大难点,刚子将带你深入C++多态的知识。(该博客涉及到的代码是在x86的环境下,如果是在x86_64环境下指针的大小可能需要变成8bytes)

多态的概念

多态的概念:通俗来说,就是多种形态,具体点就是去完成某个行为,当不同的对象去完成时会产生出不同 的状态。

多态的定义及实现

多态的构成条件(重点)
    • 必须通过基类的指针或者引用调用虚函数
    • 被调用的函数必须是虚函数,且派生类必须对基类的虚函数进行重写(派生类的重写虚函数可以不加virtual)

示例:
在这里插入图片描述

  • 多态中不同对象传过去调用不同的函数,多态调用(指针或引用)看的指向的对象,普通调用看当前的类型

指定调用不满足多态:
在这里插入图片描述

虚函数

虚函数:即被virtual修饰的类成员函数称为虚函数

虚函数的重写(覆盖、一种接口继承)

虚函数的重写(覆盖):派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数(即派生类虚函数与基类虚函数的返回值类型、函数名字、参数列表完全相同),称子类的虚函数重写了基类的虚函数。

被重写的函数必须是虚函数

重写的条件:虚函数 + 三同,但是有些例外

虚函数重写的两个例外:

  1. 协变(基类与派生类虚函数返回值类型不同)派生类重写基类虚函数时,与基类虚函数返回值类型不同。即基类虚函数返回基类对象的指针或者引用,派生类虚函数返回派生类对象的指针或者引用时,称为协变。(不常用)
    协变,返回值可以不同,但是要求返回值必须是父子关系指针和引用(同时为指针或同时为引用)

在这里插入图片描述

  1. 析构函数的重写(基类与派生类析构函数的名字不同)如果基类的析构函数为虚函数,此时派生类析构函数只要定义,无论是否加virtual关键字,都与基类的 析构函数构成重写,虽然基类与派生类析构函数名字不同。虽然函数名不相同,看起来违背了重写的规 则,其实不然,这里可以理解为编译器对析构函数的名称做了特殊处理,编译后析构函数的名称统一处 理成destructor。

【问题】:析构函数加virtual,是不是虚函数重写?
是,因为类析构函数都被处理成destructor这个统一的名字,因为要让他们构成重写。

在这里插入图片描述

【问题】:将析构函数变为虚函数和普通的析构函数有什么区别呢?
答:在特殊场景下会不同:
在这里插入图片描述
上面的场景很可能会造成内存泄漏,这里我们期待p->destructor()是一个多态调用,而不是普通调用。(多态调用看指向的内容,普通调用看对象的类型),上图中的p指针是Person类型且普通调用。要想实现多态调用需要加上virtual,构成重写

C++11 override 和 final

从上面可以看出,C++对函数重写的要求比较严格,但是有些情况下由于疏忽,可能会导致函数名字母次序 写反而无法构成重载,而这种错误在编译期间是不会报出的,只有在程序运行时没有得到预期结果才来debug会得不偿失,因此:C++11提供了override和final两个关键字,可以帮助用户检测是否重写。

    • final:修饰虚函数,表示该虚函数不能再被继承和重写
    • override:检查派生类虚函数是否重写了基类某个函数,如果没有重写编译报错。
      在这里插入图片描述
      在这里插入图片描述
      (final和override关键字顺序可以改变)

【附】:如果一个类不想被继承有几种方法?

  • C++98:基类构造函数私有化,通过public静态成员函数执行构造函数。(如果不是静态成员函数不创建类就不能调用函数,类似先有鸡还是先有蛋的问题)
  • 还可以将析构函数私有化,再创建一个静态的destructor成员函数
  • C++11:类名后面加final关键字
重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

在这里插入图片描述

抽象类

概念

在虚函数的后面写上 =0 ,则这个函数为纯虚函数。包含纯虚函数的类叫做抽象类(也叫接口类),抽象类不能实例化出对象。派生类继承后也不能实例化出对象,只有重写纯虚函数,派生类才能实例化出对象。纯虚函数规范了派生类必须重写,另外纯虚函数更体现出了接口继承。

通过观察和测试,我们发现了以下几点问题:

  1. 派生类对象d中也有一个虚表指针,d对象由两部分构成,一部分是父类继承下来的成员,虚表指针也就 是存在部分的另一部分是自己的成员。
  2. 基类b对象和派生类d对象虚表是不一样的,这里我们发现Func1完成了重写,所以d的虚表中存的是重 写的Derive::Func1,所以虚函数的重写也叫作覆盖,覆盖就是指虚表中虚函数的覆盖。重写是语法的 叫法,覆盖是原理层的叫法。
  3. 另外Func2继承下来后是虚函数,所以放进了虚表,Func3也继承下来了,但是不是虚函数,所以不会 放进虚表。
  4. 虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组,这个数组最后面放了一个nullptr。
  5. 总结一下派生类的虚表生成:a.先将基类中的虚表内容拷贝一份到派生类虚表中 b.如果派生类重写了基 类中某个虚函数,用派生类自己的虚函数覆盖虚表中基类的虚函数 c.派生类自己新增加的虚函数按其在派生类中的声明次序增加到派生类虚表的最后。
  6. 虚函数存在哪的?虚表存在哪的? 答:虚函数存在虚表,虚表存在对象中。注意上面的回答的错的。注意虚表存的是虚函数指针,不是虚函数,虚函数和普通函数一样的,都是存在代码段的,只是他的指针又存到了虚表中。另外 对象中存的不是虚表,存的是虚表指针。那么虚表存在哪的呢?实际我们去验证一下会发现vs下是存在代码段的,Linux g++下呢?
动态绑定与静态绑定
  1. 静态绑定又称为前期绑定(早绑定,编译时),在程序编译期间确定了程序的行为,也称为静态多态,比如:函数重载
  2. 动态绑定又称后期绑定(晚绑定,运行时),是在程序运行期间,根据具体拿到的类型确定程序的具体行为,调用具体的函数,也称为动态多态。

单继承和多继承关系的虚函数表

需要注意的是在单继承和多继承关系中,下面我们去关注的是派生类对象的虚表模型,因为基类的虚表模型前面我们已经看过了,没什么需要特别研究的

  • 单继承中的虚函数表
  • 多继承中的虚函数表
class Base1 {
public:virtual void func1() {cout << "Base1::func1" << endl;}virtual void func2() {cout << "Base1::func2" << endl;}
private:int b1=3;
};
class Base2 {
public:virtual void func1() {cout << "Base2::func1" << endl;}virtual void func2() {cout << "Base2::func2" << endl;}
private:int b2=4;
};
class Derive : public Base1, public Base2 {
public:virtual void func1() {cout << "Derive::func1" << endl;}virtual void func3() {cout << "Derive::func3" << endl;}
private:int d1=5;
};int main() {Derive d;printf("%d",sizeof(d));return 0;
}

多继承派生类的未重写的虚函数放在第一个继承基类部分的虚函数表中
在这里插入图片描述

这里有一个需要注意的地方:虽然重写的都是func1(),但是他们地址不一样而调用的是同一个函数,为什么?
可以查看汇编代码发现:第一个Base1中的func1()的地址就是正常的地址。第二个Base2中调用func1()时在ecx寄存器中发生了this指针减8,指向了Derive对象的首地址,保证this指针的正确(因为是派生类调用,而不是基类调用)。所以本质就是修正this指针,不同编译器处理方法不同,也可以在存相同的地址,在调用前让ecx中的this指针减8。

菱形继承、菱形虚拟继承

实际中我们不建议设计出菱形继承及菱形虚拟继承,一方面太复杂容易出问题,另一方面这样的模型,访问基类成员有一定得性能损耗。所以菱形继承、菱形虚拟继承我们的虚表我们就不看了,一般我们也不需要研究清楚,因为实际中很少用。如果要深入研究的话可以参考以下文章:

C++虚函数表解析
C++对象的内存分布

常见的题目

  1. 输出结果?
class A
{
public:virtual void func(int val = 1){ std::cout<<"A->"<< val <<std::endl;}virtual void test(){ func();}
};
class B : public A
{
public:void func(int val=0){ std::cout<<"B->"<< val <<std::endl; }
};
int main(int argc ,char* argv[])
{B*p = new B;p->test();return 0;
}

答案是:B->1(本题可能误认为是B->0)

  1. 重要的是理解test()是由谁调用,这里p->test(),实际上是由p传给父类的A* this指针,由父类指针去调用func(),同时func()调用符合多态(1. 父类指针 2. 虚函数重写),注意:虽然this指针类型是A*,但是this指针是由B* p转化而来的,实际上指向的对象区域还是派生类,所以多态调用调用的是派生类的func();
  2. 还有很坑的一点:虚函数重写的是实现,缺省参数还是使用的是基类的!!!

附加问题

【问题1】:多态的条件中为什么不能子类指针或者引用,为什么不能是父类的对象?
答:1. 因为只有父类的指针才能既能指向父类又能指向子类 2. 对象的切片和指针或引用的切片是有一些不同的。子类赋值给父类对象切片,不会拷贝虚表,如果拷贝虚表,那么父类对象虚表中是父类虚函数还是子类就不确定了。所以对象的切片不拷贝虚表就已经不满足多态了。如果是指针或引用的切片,父类的切片对应父类的虚表,子类的切片对应子类的虚表。重写后子类会将从父类拷贝来的虚表进行修改(用重写的函数来覆盖)来实现多态。

【问题2】: inline函数可以是虚函数吗?
答:不能,因为inline函数没有地址,无法把地址放到虚函数表中。

【问题3】:静态成员可以是虚函数吗?
答:不能,因为静态成员函数没有this指针,使用类型::成员函数的调用方式无法访问虚函数表,所以静态成员函数无法放进虚函数表。

【问题4】:构造函数可以是虚函数吗?
答:不能,因为对象中的虚函数表指针是在构造函数初始化列表阶段才初始化的。

【问题5】:析构函数可以是虚函数吗?什么场景下析构函数是虚函数?
答:可以,并且最好把基类的析构函数定义成虚函数。

【问题6】:对象访问普通函数快还是虚函数更快?
答:首先如果是普通对象,是一样快的。如果是指针对象或者是引用对象,则调用的普通函数快,因为构成多态,运行时调用虚函数需要到虚函数表中去查找。

【问题7】:虚函数表是在什么阶段生成的,存在哪的?
答:虚函数表是在编译阶段就生成的,一般情况下存在代码段(常量区)的。

【问题8】:什么是抽象类?抽象类的作用?
答:抽象类强制重写了虚函数,另外抽象类体现出了接口继承关系。
【附】:

  1. 不是虚函数不会进入虚表
  2. 通常虚表最后会加个0,但是不同的编译器处理不同,VS下会给,g++没给
  3. 派生类如果自己加虚函数,编译器会将该虚函数放在虚表后面,但监视窗口很可能不会显示。
  4. 同类型的对象共用虚表
  5. 虚表存在哪?打印地址进行比较可发现虚表存在代码段(常量区)

打印虚函数表:

typedef void(*FUNC_PTR)();
void PrintVFT(FUNC_PTR* table)
{for(size_t i=0;table[i]!=nullptr;i++)//vs下,linux下要写死范围{printf("[%d]:%p\n",i,table[i]);}
}
int main()
{Person ps;int vft = *((int*)&ps);PrintVFT((FUNC_PTR*)vft);return 0;
}

有虚函数表就可以拿到里面的函数,无论是不是私有还是公有,拿到地址就可以使用里面的函数

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.rhkb.cn/news/96800.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系长河编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

qsort函数详解

大家好&#xff0c;我是苏貝&#xff0c;本篇博客带大家了解qsort函数&#xff0c;如果你觉得我写的不错的话&#xff0c;可以给我一个赞&#x1f44d;吗&#xff0c;感谢❤️ 文章目录 一. qsort函数参数详解1.数组首元素地址base2.数组的元素个数num和元素所占内存空间大小w…

java语言B/S架构云HIS医院信息系统源码【springboot】

医院云HIS全称为基于云计算的医疗卫生信息系统( Cloud- Based Healthcare Information System)&#xff0c;是运用云计算、大数据、物联网等新兴信息技术&#xff0c;按照现代医疗卫生管理要求&#xff0c;在一定区域范围内以数字化形式提供医疗卫生行业数据收集、存储、传递、…

对前端PWA应用的部分理解和基础Demo

一、什么是PWA应用&#xff1f; 1、PWA简介 ​ 渐进式Web应用&#xff08;Progressive Web App&#xff09;&#xff0c;简称PWA&#xff0c;是 Google 在 2015 年提出的一种使用web平台技术构建的应用程序&#xff0c;官方认为其核心在于Reliable&#xff08;可靠的&#xf…

数据结构--最短路径 Floyd算法

数据结构–最短路径 Floyd算法 F l o y d 算法&#xff1a;求出每⼀对顶点之间的最短路径 \color{red}Floyd算法&#xff1a;求出每⼀对顶点之间的最短路径 Floyd算法&#xff1a;求出每⼀对顶点之间的最短路径 使⽤动态规划思想&#xff0c;将问题的求解分为多个阶段 对于n个顶…

python入门篇02- 注释,变量,数据类型,运算符及条件控制语句

目录 1. 前言:2. python基础使用-> 2.1 注释的使用---> 2.1.1 单行注释示例: ---> 2.1.2 多行注释 -> 2.2 变量---> 2.2.1 整数类型/浮点类型/字符串类型---> 2.2.2 变量的简单使用---> 2.2.3 查看类型与类型转换---> 2.2.4 变量命名语法规则--->2.…

【设计模式——学习笔记】23种设计模式——策略模式Strategy(原理讲解+应用场景介绍+案例介绍+Java代码实现)

文章目录 案例引入传统方案实现实现分析 介绍基本介绍登场角色 案例实现案例一类图实现 案例二类图实现问答 策略模式在JDK源码中的使用总结文章说明 案例引入 有各种鸭子&#xff0c;比如野鸭、北京鸭、水鸭等。 鸭子有各种行为&#xff0c;比如走路、叫、飞行等。不同鸭子的…

外网连接局域网的几种方式?快解析内网穿透安全便利吗?

外网连接局域网是一项网络连接中的关键技术&#xff0c;它能够让远程用户通过互联网访问内部局域网中的资源和服务。外网连接局域网为企业提供了更大的灵活性和便捷性&#xff0c;但也需要严格的安全措施来防止未经授权的访问。 外网连接局域网的几种方式 在将外网连接到局域…

【数据结构与算法】十大经典排序算法-归并排序

&#x1f31f;个人博客&#xff1a;www.hellocode.top &#x1f3f0;Java知识导航&#xff1a;Java-Navigate &#x1f525;CSDN&#xff1a;HelloCode. &#x1f31e;知乎&#xff1a;HelloCode &#x1f334;掘金&#xff1a;HelloCode ⚡如有问题&#xff0c;欢迎指正&#…

RocketMQ 5.0 架构解析:如何基于云原生架构支撑多元化场景

作者&#xff1a;隆基 本文将从技术角度了解 RocketMQ 的云原生架构&#xff0c;了解 RocketMQ 如何基于一套统一的架构支撑多元化的场景。 文章主要包含三部分内容。首先介绍 RocketMQ 5.0 的核心概念和架构概览&#xff1b;然后从集群角度出发&#xff0c;从宏观视角学习 R…

改进YOLO系列:4.添加ACmix注意力机制

添加ACmix注意力机制 1. ACmix注意力机制论文2. ACmix注意力机制原理3. ACmix注意力机制的配置3.1common.py配置3.2yolo.py配置3.3yaml文件配置1. ACmix注意力机制论文 论文题目:On the Integration of Self-Attention and Convolution 论文链接:On the Integration…

【ROS】话题通信--从理论介绍到模型实现(C++)

1.简单介绍 话题通信是ROS中使用频率最高的一种通信模式&#xff0c;话题通信是基于发布订阅模式的&#xff0c;也即:一个节点发布消息&#xff0c;另一个节点订阅该消息。像雷达、摄像头、GPS… 等等一些传感器数据的采集&#xff0c;也都是使用了话题通信&#xff0c;换言之…

相机的位姿在地固坐标系ECEF和ENU坐标系的转换

在地球科学和导航领域&#xff0c;通常使用地心地固坐标系&#xff08;ECEF&#xff0c;Earth-Centered, Earth-Fixed&#xff09;和东北天坐标系&#xff08;ENU&#xff0c;East-North-Up&#xff09;来描述地球上的位置和姿态。如下图所示&#xff1a; ​地心地固坐标ecef和…

Python标准库-追踪异常,定位问题-traceback

在日常的编程过程中&#xff0c;我们经常会遇到各种错误和异常。而当程序发生异常时&#xff0c;了解如何有效地追踪异常信息并定位问题&#xff0c;是每个开发者必备的技能之一。 Python 提供了一个强大的工具&#xff0c;称为 Traceback&#xff0c;它可以帮助我们跟踪异常的…

java 工程管理系统源码+项目说明+功能描述+前后端分离 + 二次开发 em

Java版工程项目管理系统 Spring CloudSpring BootMybatisVueElementUI前后端分离 功能清单如下&#xff1a; 首页 工作台&#xff1a;待办工作、消息通知、预警信息&#xff0c;点击可进入相应的列表 项目进度图表&#xff1a;选择&#xff08;总体或单个&#xff09;项目显…

Tomcat的部署及优化(多实例和动静分离)

目录 绪论 1、tomact 1.1 核心组件 1.2 什么是 servlet 1.3 什么是 JSP? 1.4 Tomcat 功能组件结构 1.5 Tomcat 请求过程 2、Tomcat 服务部署 2.1 tomcat自身优化&#xff1a; 2.2 内核优化 2.3 jvm 2.3.1 jvm配置 2.3.2 Tomcat配置JVM参数 2.3.3 jvm优化 3、tom…

SpringBoot案例-员工管理-新增员工

查看页面原型&#xff0c;明确需求 页面原型 需求 阅读接口文档 接口文档链接如下&#xff1a; 【腾讯文档】SpringBoot案例所需文档 https://docs.qq.com/doc/DUkRiTWVaUmFVck9N 思路分析 阅读需求文档后可知&#xff0c;前端发送请求的同时&#xff0c;将前端请求参数以…

画质提升+带宽优化,小红书音视频团队端云结合超分落地实践

随着视频业务和短视频播放规模不断增长&#xff0c;小红书一直致力于研究&#xff1a;如何在保证提升用户体验质量的同时降低视频带宽成本&#xff1f; 在近日结束的音视频技术大会「LiveVideoStackCon 2023」上海站中&#xff0c;小红书音视频架构视频图像处理算法负责人剑寒向…

使用el-tree实现自定义树结构样式

实现效果: 直接上代码: <template><div><div class"tops"><el-tree :default-expanded-keys"[1]" ref"myTree" :data"data" :props"defaultProps" node-click"handleNodeClick" highlight…

IDEA两种方法修改生成的jar包名字

方法一&#xff1a; 直接修改pom文件中的如下部分 <artifactId>excelreport</artifactId> <version>0.0.1-SNAPSHOT</version> <name>excelreport</name> <description>excelreport</description> 修改完成后&#xff0c;点…

LVS+Keepalived

Keepalived概述&#xff1a; keepalived软件 就是通过vrrp协议实现高可用功能 vrrp通信原理&#xff1a; vrrp就是虚拟路由冗余协议&#xff0c;它的出现就是为了解决静态路由的单点故障vrrp是通过一种竞选的一种协议机制将路由交给某台vrrp路由器vrrp用ip多播的方式【多播地…