多态
- 默认情况下，编译器只会根据指针类型调用对应的函数，不存在多态；
- 多态是面向对象的非常重要的一个特性；
- 同一操作作用于不同的对象，可以有不同的解释，产生不同的执行结果；
- 在运行时，可以识别出真正的对象类型，调用对应子类中的函数；
#include <iostream>
using namespace::std;
class Animal {
public:
void run(){
cout << "Animal run()" << endl;
}
};
class Dog : public Animal{
public:
void run(){
cout << "Dog run()" << endl;
}
};
class Cat : public Animal{
public:
void run(){
cout << "Cat run()" << endl;
}
};
class Pig : public Animal{
public:
void run(){
cout << "Pig run()" << endl;
}
};
void liu(Animal *a){
a->run();
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
liu(new Dog());
liu(new Cat());
liu(new Pig());
return 0;
}
- 由于用
Animal *a来接收形参，那么执行run方法是，调用的都是Animal类中的方法，并没有实现根据不同的对象类型，调用对应的函数方法；
虚函数
-
C++中多态时通过虚函数来实现的；
-
虚函数：被
virtual关键字修饰的函数，称为虚函数； -
只要在父类中声明为虚函数，子类中的重写的函数也自动变成虚函数，也就是说子类中的函数可以省略
virtual关键字； -
多态实现的要素：
- 子类重写父类的成员函数；
- 父类指针指向子类对象；
- 利用父类指针调用子类的成员函数，且成员函数为虚函数；从基类开始虚，从中间类开始虚，也不能实现多态的功能；
#include <iostream>
using namespace::std;
class Animal {
public:
virtual void run(){
cout << "Animal run()" << endl;
}
};
class Dog : public Animal{
public:
void run(){
cout << "Dog run()" << endl;
}
};
class Cat : public Animal{
public:
void run(){
cout << "Cat run()" << endl;
}
};
class Pig : public Animal{
public:
void run(){
cout << "Pig run()" << endl;
}
};
void liu(Animal *a){
a->run();
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
liu(new Dog());
liu(new Cat());
liu(new Pig());
return 0;
}
- 上述的代码实现了多态的功能，即不同的子类对象调用属于自己的函数方法；
虚表
- 虚函数的实现原理是虚表，这个虚表里面存储着最终需要调用的虚函数地址，这个虚表也叫做虚函数表；
#include <iostream>
using namespace::std;
class Animal {
public:
int m_age;
virtual void speak(){
cout << "Animal speak()" << endl;
}
virtual void run(){
cout << "Animal run()" << endl;
}
};
class Cat : public Animal{
public:
int m_life;
void speak(){
cout << "Cat speak()" << endl;
}
void run(){
cout << "Cat run()" << endl;
}
};
int main(int argc, const char * argv[]) {
Animal *cat = new Cat();
cat->m_age = 3;
cat->speak();
cat->run();
cout << cat << endl;
return 0;
}
- 当前测试环境是在MacOS，即x64环境，则指针占用8个字节；
- 当Animal没有虚函数时，cat实例对象有m_age，m_life有两个成员变量，所以cat实例对象占用8个字节；
- 当Animal有虚函数时，即有
virtual关键字修饰函数时，cat实例对象会占用16个字节，前面8个字节存储的是Cat类的虚函数表的地址； - cat实例对象的内部布局如下所示：
Snip20210813_147.png
- 可通过汇编分析证明上面的描述：
Snip20210813_148.png
-
movl $0x3, 0x8(%rax)：rax存储的是cat实例对象的内存地址，由于虚函数地址占了前8个字节，所以m_age的偏移量为8； -
movq (%rax), %rcx：取出cat实例对象的内存地址中前8个字节内容即虚函数的地址，存入rcx寄存器； -
callq *(%rcx)：取出虚函数地址的前8个字节内容，即speak函数内存地址，然后调用speak函数； - 同理
callq *0x8(%rcx)，从虚函数地址的第8个字节开始的后8个字节的内容，即run函数内存地址，然后调用run函数；
总结：
- 所有cat实例对象，不管在栈区，全局区，堆区都共用一份虚表，也就是说每个类都有自己独立的一份虚表；
- cat实例对象的前8个字节存储了虚表的内存地址，虚表中存储着cat类的所有虚函数；
- 若cat类存储虚函数，且cat子类没有实现run方法，那么虚表中会存储父类Animal的run方法，所以会调用Animal的run方法，这也就是说调用目标方法，如果子类没有实现，就调用父类的实现；
子类调用父类的成员函数
#include <iostream>
using namespace::std;
class Animal {
public:
int m_age;
virtual void speak(){
cout << "Animal speak()" << endl;
}
virtual void run(){
cout << "Animal run()" << endl;
}
};
class Cat : public Animal{
public:
int m_life;
void speak(){
Animal::speak();
cout << "Cat speak()" << endl;
}
void run(){
Animal::run();
cout << "Cat run()" << endl;
}
};
int main(int argc, const char * argv[]) {
Animal *cat = new Cat();
cat->m_age = 3;
cat->speak();
cat->run();
cout << cat << endl;
cout << sizeof(Animal) << endl;
return 0;
}
- 直接在子类的函数中，调用父类的函数；
虚析构函数
- 含有虚函数的类，应该将析构函数声明为虚函数即虚析构函数；
- delete父类指针时，才会调用子类的析构函数，保证析构的完整性，否则会造成内存泄漏；
#include <iostream>
using namespace::std;
class Animal {
public:
int m_age;
virtual void speak(){
cout << "Animal speak()" << endl;
}
virtual void run(){
cout << "Animal run()" << endl;
}
virtual ~Animal(){
cout << "~Animal()" << endl;
}
};
class Cat : public Animal{
public:
int m_life;
void speak(){
Animal::speak();
cout << "Cat speak()" << endl;
}
void run(){
Animal::run();
cout << "Cat run()" << endl;
}
~Cat(){
cout << "~Cat()" << endl;
}
};
int main(int argc, const char * argv[]) {
Animal *cat = new Cat();
cat->m_age = 3;
cat->speak();
cat->run();
delete cat;
cout << cat << endl;
cout << sizeof(Animal) << endl;
return 0;
}
-
virtual ~Animal()：父类Animal的析构函数声明为虚函数，否则Animal *cat = new Cat()，不会调用Cat类的析构函数，造成内存泄漏；
纯虚函数
- 纯虚函数：没有函数体且初始化为0的虚函数，用来定义借口规范；
class Animal {
public:
virtual void speak() = 0;
virtual void run() = 0;
};
抽象类
-
含有纯虚函数的类即为抽象类，不可以实例化创建对象；例如上述的Animal类，在现实世界中是没有animal动物实例对象的，它是一个抽象的概念； - 抽象类也可以包含非纯虚函数；
- 如果父类是抽象类，
子类没有全部实现纯虚函数，那么这个子类依然是抽象类，不能实例化创建对象；
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