柚子快報(bào)邀請(qǐng)碼778899分享：java 【C++】多態(tài)詳解

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文章目錄

????1. 多態(tài)的概念????2.多態(tài)的定義及實(shí)現(xiàn)??2.1 多態(tài)的構(gòu)成條件2.1.1 實(shí)現(xiàn)多態(tài)還有兩個(gè)必須重要條件!2.1.2 虛函數(shù)2.1.3虛函數(shù)的重寫/覆蓋2.1.4 多態(tài)場景的一個(gè)選擇題2.1.6 override 和 final關(guān)鍵字

????3.純虛函數(shù)和抽象類????4.多態(tài)的原理????4.2 多態(tài)的原理?總結(jié)

????1. 多態(tài)的概念

多態(tài)(polymorphism)的概念:通俗來說，就是多種形態(tài)。多態(tài)分為編譯時(shí)多態(tài)(靜態(tài)多態(tài))和運(yùn)行時(shí)多態(tài)(動(dòng)態(tài)多態(tài))，這里我們重點(diǎn)講運(yùn)行時(shí)多態(tài)，編譯時(shí)多態(tài)(靜態(tài)多態(tài))和運(yùn)行時(shí)多態(tài)(動(dòng)態(tài)多態(tài))。編譯時(shí)多態(tài)(靜態(tài)多態(tài))主要就是我們前面講的函數(shù)重載和函數(shù)模板，他們傳不同類型的參數(shù)就可以調(diào)用不同的函數(shù)，通過參數(shù)不同達(dá)到多種形態(tài)，之所以叫編譯時(shí)多態(tài)，是因?yàn)樗麄儗?shí)參傳給形參的參數(shù)匹配是在編譯時(shí)完成的，我們把編譯時(shí)一般歸為靜態(tài)，運(yùn)行時(shí)歸為動(dòng)態(tài)。

運(yùn)行時(shí)多態(tài)，具體點(diǎn)就是去完成某個(gè)行為(函數(shù))，可以傳不同的對(duì)象就會(huì)完成不同的行為，就達(dá)到多種形態(tài)。比如買票這個(gè)行為，當(dāng)普通人買票時(shí)，是全價(jià)買票;學(xué)生買票時(shí)，是優(yōu)惠買票(5折或75折);軍人買票時(shí)是優(yōu)先買票。再比如，同樣是動(dòng)物叫的一個(gè)行為(函數(shù))，傳貓對(duì)象過去，就是喵，傳狗對(duì)象過去，就是狗

????2.多態(tài)的定義及實(shí)現(xiàn)

??2.1 多態(tài)的構(gòu)成條件

多態(tài)是一個(gè)繼承關(guān)系的下的類對(duì)象，去調(diào)用同一函數(shù)，產(chǎn)生了不同的行為。比如Student繼承了Person。Person對(duì)象買票全價(jià)，Student對(duì)象優(yōu)惠買票。

2.1.1 實(shí)現(xiàn)多態(tài)還有兩個(gè)必須重要條件!

必須指針或者引用調(diào)用虛函數(shù)被調(diào)用的函數(shù)必須是虛函數(shù)。

**說明:**要實(shí)現(xiàn)多態(tài)效果，第一必須是基類的指針或引用，因?yàn)橹挥谢惖闹羔樆蛞貌拍芗戎赶蚺缮悓?duì)象:第二派牛類必須對(duì)基類的慮函數(shù)重寫/覆蓋，重寫或者覆蓋了，派生類才能有不同的函數(shù)，多態(tài)的不同形態(tài)效果才能達(dá)到。

2.1.2 虛函數(shù)

類成員函數(shù)前面加virtual修飾，那么這個(gè)成員函數(shù)被稱為虛函數(shù)。注意非成員函數(shù)不能加virtual修飾。

class Person

{

public:

virtual void BuyTicket() { cout << "買票-全價(jià)" << endl;}

}

2.1.3虛函數(shù)的重寫/覆蓋

虛函數(shù)的重寫/覆蓋:派生類中有一個(gè)跟基類完全相同的虛函數(shù)(即派生類虛函數(shù)與基類虛函數(shù)的返回值類型、函數(shù)名字、參數(shù)列表完全相同)，稱派生類的虛函數(shù)重寫了基類的虛函數(shù)。

**注意:**在重寫基類虛函數(shù)時(shí)，派生類的虛函數(shù)在不加virtual關(guān)鍵字時(shí)，雖然也可以構(gòu)成重寫(因?yàn)槔^承后基類的虛函數(shù)被繼承下來了在派生類依舊保持虛函數(shù)屬性)，但是該種寫法不是很規(guī)范，不建議這樣使用，不過在考試選擇題中，經(jīng)常會(huì)故意買這個(gè)坑，讓你判斷是否構(gòu)成多態(tài)。

class Person {

public:

virtual void BuyTicket() {

cout << "買票-全價(jià)" << endl;

}

};

class Student : public Person {

public:

virtual void BuyTicket() {

cout << "買票-打折" << endl;

}

};

void Func(Person* ptr) {

// 這?可以看到雖然都是Person指針Ptr在調(diào)?BuyTicket

// 但是跟ptr沒關(guān)系，?是由ptr指向的對(duì)象決定的。

ptr->BuyTicket();

}

int main() {

Person ps;

Student st;

Func(&ps);

Func(&st);

return 0;

}

2.1.4 多態(tài)場景的一個(gè)選擇題

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;

}

首先分析代碼中的類繼承關(guān)系和虛函數(shù)重寫情況：

在這段代碼中，類B繼承自類A。類A中有虛函數(shù)func和test，其中test函數(shù)內(nèi)部調(diào)用了func函數(shù)。類B重寫了func函數(shù)。 然后看函數(shù)調(diào)用情況：

在main函數(shù)中，創(chuàng)建了一個(gè)B類的對(duì)象指針p，并調(diào)用p->test()。由于test函數(shù)在A類中定義，并且func函數(shù)是虛函數(shù)，雖然在B類中重寫了func函數(shù)，但是虛函數(shù)的默認(rèn)參數(shù)是在編譯時(shí)確定的。當(dāng)B類中的test函數(shù)調(diào)用func時(shí)，它會(huì)使用A類中定義的默認(rèn)參數(shù)1（因?yàn)槟J(rèn)參數(shù)不是多態(tài)的一部分，編譯時(shí)綁定）。 最后得出結(jié)果：

程序的輸出結(jié)果是B->1。

2.1.6 override 和 final關(guān)鍵字

從上面可以看出，C++對(duì)函數(shù)重寫的要求比較嚴(yán)格，但是有些情況下由干疏忽，比如函數(shù)名寫錯(cuò)參數(shù)寫錯(cuò)等導(dǎo)致無法構(gòu)成重載，而這種錯(cuò)誤在編譯期間是不會(huì)報(bào)出的，只有在程序運(yùn)行時(shí)沒有得到預(yù)期結(jié)果才來debug會(huì)得不償失，因此C++11提供了override，可以幫助用戶檢測是否重寫。如果我們不想讓派生類重寫這個(gè)虛函數(shù)，那么可以用final去修飾。

// error C3668: “Benz::Drive”: 包含重寫說明符“override”的?法沒有重寫任何基類?法

class Car {

public:

virtual void Dirve()

{}

};

class Benz : public Car {

public:

virtual void Drive() override {

cout << "Benz-舒適" << endl;

}

};

int main() {

return 0;

}

// error C3248: “Car::Drive”: 聲明為“final”的函數(shù)?法被“Benz::Drive”重寫

class Car {

public:

virtual void Drive() final {}

};

class Benz : public Car {

public:

virtual void Drive() {

cout << "Benz-舒適" << endl;

}

};

int main() {

return 0;

}

????3.純虛函數(shù)和抽象類

在虛函數(shù)的后面寫上 =0，則這個(gè)函數(shù)為純虛函數(shù)，純虛函數(shù)不需要定義實(shí)現(xiàn)(實(shí)現(xiàn)沒啥意義因?yàn)橐慌缮愔貙懀钦Z法上可以實(shí)現(xiàn))，只要聲明即可。包含純虛函數(shù)的類叫做抽象類，抽象類不能實(shí)例化出對(duì)象，如果派生類繼承后不重寫純虛函數(shù)，那么派生類也是抽象類。純虛函數(shù)某種程度上強(qiáng)制了派生類重寫虛函數(shù)，因?yàn)椴恢貙憣?shí)例化不出對(duì)象。

class Car {

public:

virtual void Drive() = 0;

};

class Benz : public Car {

public:

virtual void Drive() {

cout << "Benz-舒適" << endl;

}

}

class BMW : public Car {

public:

virtual void Drive() {

cout << "BMW-操控" << endl;

}

};

int main() {

// 編譯報(bào)錯(cuò)：error C2259: “Car”: ?法實(shí)例化抽象類

Car car;

Car* pBenz = new Benz;

pBenz->Drive();

Car* pBMW = new BMW;

pBMW->Drive();

return 0;

}

????4.多態(tài)的原理

下面編譯為32位程序的運(yùn)行結(jié)果是什么() A.編譯報(bào)錯(cuò) B.運(yùn)行報(bào)錯(cuò) C.8 D. 12

class Base {

public:

virtual void Func1() {

cout << "Func1()" << endl;

}

protected:

int _b = 1;

char _ch = 'x';

};

int main() {

Base b;

cout << sizeof(b) << endl;

return 0;

}

首先分析Base類的結(jié)構(gòu)：

Base類中有一個(gè)虛函數(shù)Func1。在C++中，當(dāng)一個(gè)類包含虛函數(shù)時(shí)，類對(duì)象中會(huì)包含一個(gè)虛函數(shù)指針（通常是一個(gè)指針的大小，在32位系統(tǒng)中為4字節(jié)，在64位系統(tǒng)中為8字節(jié)）。類Base還有一個(gè)int類型的成員變量_b（通常為4字節(jié)）和一個(gè)char類型的成員變量_ch（1字節(jié)）。由于內(nèi)存對(duì)齊的要求，為了提高內(nèi)存訪問效率，編譯器會(huì)在成員變量的布局上進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于一個(gè)包含虛函數(shù)指針和int、char類型成員變量的類，在大多數(shù)編譯器下，內(nèi)存布局會(huì)先放置虛函數(shù)指針，然后按照內(nèi)存對(duì)齊規(guī)則放置int和char類型的變量。 然后計(jì)算sizeof(b)：

在32位系統(tǒng)中：

虛函數(shù)指針占4字節(jié)，int類型的_b占4字節(jié)（按照4字節(jié)對(duì)齊），char類型的_ch占1字節(jié)（總共占4字節(jié)，因?yàn)橐獫M足4字節(jié)對(duì)齊）。所以sizeof(b)為12字節(jié)。 在64位系統(tǒng)中：

虛函數(shù)指針占8字節(jié)，int類型的_b占4字節(jié)（按照8字節(jié)對(duì)齊，這里會(huì)填充4字節(jié)），char類型的_ch占1字節(jié)（總共占8字節(jié)，因?yàn)橐獫M足8字節(jié)對(duì)齊）。所以sizeof(b)為16字節(jié)。

所以運(yùn)行結(jié)果取決于運(yùn)行程序的系統(tǒng)是32位還是64位。如果是32位系統(tǒng)，結(jié)果為12；如果是64位系統(tǒng)，結(jié)果為16。

????4.2 多態(tài)的原理

從底層的角度Func函數(shù)中ptr->BuyTicket()，是如何作為ptr指向Person對(duì)象調(diào)用Person::BuyTicket,ptr指向Student對(duì)象調(diào)用Student::BuyTicket的呢?通過下圖我們可以看到，滿足多態(tài)條件后，底層不再是編譯時(shí)通過調(diào)用對(duì)象確定函數(shù)的地址，而是運(yùn)行時(shí)到指向的對(duì)象的虛表中確定對(duì)應(yīng)的虛函數(shù)的地址，這樣就實(shí)現(xiàn)了指針或引用指向基類就調(diào)用基類的虛函數(shù)，指向派生類就調(diào)用派生類對(duì)應(yīng)的虛函數(shù)。第一張圖，ptr指向的Person對(duì)象，調(diào)用的是Person的虛函數(shù);第二張圖，ptr指向的Student對(duì)象，調(diào)用的是Student的虛函數(shù)。

class Person {

public:

virtual void BuyTicket() {

cout << "買票-全價(jià)" << endl;

}

};

class Student : public Person {

public:

virtual void BuyTicket() {

cout << "買票-打折" << endl;

}

};

class Soldier: public Person {

public:

virtual void BuyTicket() {

cout << "買票-優(yōu)先" << endl;

}

};

void Func(Person* ptr) {

// 這?可以看到雖然都是Person指針Ptr在調(diào)?BuyTicket

// 但是跟ptr沒關(guān)系，?是由ptr指向的對(duì)象決定的。

ptr->BuyTicket();

}

int main() {

// 其次多態(tài)不僅僅發(fā)?在派?類對(duì)象之間，多個(gè)派?類繼承基類，重寫虛函數(shù)后

// 多態(tài)也會(huì)發(fā)?在多個(gè)派?類之間。

Person ps;

Student st;

Soldier sr;

Func(&ps);

Func(&st);

Func(&sr);

return 0;

}

?總結(jié)

本篇博文對(duì) 【C++】多態(tài)詳解 做了一個(gè)較為詳細(xì)的介紹，不知道對(duì)你有沒有幫助呢

覺得博主寫得還不錯(cuò)的三連支持下吧！會(huì)繼續(xù)努力的~

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