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谈谈C++多态的基本使用和总结

2023-05-16

前言

文章目录

  • 前言
  • 1. 多态的理解
  • 2. 构成多态的条件
  • 3. 虚函数
  • 4. 虚函数的重写(覆盖)
  • 5.多态调用虚函数的规则
  • 6. 析构函数的重写(基类与派生类析构函数的名字不同)
  • 7. 设计一个不能被继承的基类
  • 8. final关键字和override 关键字
  • 9. 抽象类
  • 10. 接口继承和实现继承区别

1. 多态的理解

简单的说：多态就是根据你传入的不同的对象，去做同一样的事情，会有不同的结果和行为的表现产生；

在C++中，传入不同的对象意思：给父类传入不同的子类；

去做同一样的事意思是：父类指针或者引用调用了同一样的虚函数；

产生不同的结果意思是：调用同样的虚函数，但是结果却不一样；

2. 构成多态的条件

继承中要构成多态还有两个条件：
1. 必须通过基类的指针或者引用调用虚函数；
2. 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；

3. 虚函数

虚函数：即被virtual修饰的类非静态成员函数称为虚函数。（静态成员不可以作为虚函数，全局函数也不行）
虚函数的重写；

class Person {
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl;}
};

4. 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。

class Person {
public:
virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};
/*注意：在重写基类虚函数时，派生类的虚函数在不加virtual关键字时，虽然也可以构成重写(因为继承后
基类的虚函数被继承下来了在派生类依旧保持虚函数属性),但是该种写法不是很规范，不建议这样使用*/
/*void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }*/ 
class Student : public Person {
public:
virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }

5.多态调用虚函数的规则

构成多态，跟父类的指针或者引用的类型没有关系，传的哪个类型的对象，调用的就是这个类型的虚函数 – 跟对象有关；
不构成多态，调用就是父类指针或者引用类型的函数 – 跟类型有关；

#include<iostream>
using namespace std;
class Person {
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};
class Student : public Person {
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }
};
void test1(Person& p)
{
	p.BuyTicket();
}
void test2(Person* p)
{
	p->BuyTicket();
}
int main()
{
	Person ps;
	Student st;
	//父类引用调用虚函数，子类重写虚函数，构成多态；那么调用函数就传入的对象有关
	//这里传入的对象ps的类型为 Person 所以调用Person的虚函数；
	Person& p1 = ps;
	p1.BuyTicket();
	//父类引用调用虚函数，且子类重写父类虚函数，构成多态，那么调用函数就和传入的对象有关；
	//这里传入的对象是 Student，所以调用的是Student的虚函数；
	Person& p2 = st;
	p2.BuyTicket();

	//指针的分析和引用一致
	Person* p3 = &ps; //构成多态
	p3->BuyTicket();

	Person* p4 = &st; //构成多态
	p4->BuyTicket();

	getchar();
	return 0;
}

符合预期：
在这里插入图片描述

测试：假如不是父类指针或者引用调用虚函数会发生什么；

去除条件1，不是父类指针或引用而是父类对象去调用虚函数，是否会发生多态？

  1. 假如 子类对象赋值给父类对象会不会发生多态？肯定不会？所以父类对象调用虚函数，只看父类的类型；
	//子类对象赋值给父类对象，没有父类指针或引用指向子类对象，这不会构成多态，所以调用虚函数
	//只看p5的类型；
	Person p5 = st;
	p5.BuyTicket(); //调用的是父类的虚函数，不构成多态
  1. 即使有父类的指针或引用调用了虚函数，假如子类没有重写虚函数，依旧不会发生多态，没有多态那么，父类指针或引用去调用虚函数时候，都是看父类的类型的；
    （ps:我们可以修改父类和子类虚函数，只要不构成重写，就可以验证我上面的结论）

6. 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。

class Person {
public:
virtual ~Person() {cout << "~Person()" << endl;}
};
class Student : public Person {
public:
virtual ~Student() { cout << "~Student()" << endl; }
};
// 只有派生类Student的析构函数重写了Person的析构函数，下面的delete对象调用析构函数，才能构成
//多态，才能保证p1和p2指向的对象正确的调用析构函数。
int main()
{
	Person* p1 = new Person;
	Person* p2 = new Student;
	
	delete p1; // 编译器默认转化了调用虚构函数的形式 p1->destructor()      
	delete p2; // 编译器默认转化了调用虚构函数的形式 p2->destructor()，
				//由于构成多态，所以会正确的嗲用传入对象是子类的虚析构函数
	return 0;
}

构成多态，正确的调用了子类的析构函数；
这也是唯一的场景：是析构函数，需要写成虚析构的形式；
在这里插入图片描述

没有发生多态时候，不管你的父类还是子类是否为虚析构，都可以正确的调用析构函数
在这里插入图片描述

非虚析构函数，依旧可以正确释放
在这里插入图片描述

上面两种原因很简单：继承体系中，子类对象指向析构时候，本身就会现执行子类再执行父类，和你的析构函数是否为虚函数没关系；

所以说析构函数是否需要写成虚析构函数，首先得发生多态行为，才需要父类析构写成虚析构，这也才可以保证delete 父类指针时候，能够去调用子类的析构函数；

本质我们 delete 父类指针，就是为了析构子类对象的，因为父类指针指向了子类对象，我们希望的就是做这样的事；delete父类指针，为了析构子类对象，那么就需要发生多态，这个行为才会产生；有多态，就必须，子类重写父类的虚析构函数；

7. 设计一个不能被继承的基类

在C++98时候，有一种方式可以设计不被继承：那就是设计基类的构造函数为私有的；

#include<iostream>
using namespace std;


class Base{
private:
	Base(){
		cout << "Base::Base()的构造函数调用" << endl;
	}
private:
	int _b;
};
class Derive :Base{
private:
	int _d;
};
int main(){

	Derive son;

	return 0;
}

这种方式：当我屏蔽了：Derive son这句代码，也就是，不创建子类对象时候，上面的代码编译是可以通过的；

但是当我写上了Derive son也就是创建子类对象时候，那么就会编译报错：原因就是基类的构造函数为私有，派生类创建对象时候，也是执行Derive son代码时候，需要先调用父类的构造函数，但是由于父类的构造函数时私有的，不可以被调用，所以就会编译报错了；

设计基类的构造函数是私有的：这也就解决了一个类不可以被继承的情况；

8. final关键字和override 关键字

C++11通过新增一个关键字final：解决了基类不可以被继承问题， 也就是不需要设计基类的构造函数为私有的；
具体操作就是：在声明基类的后面加多一个关键字 final就可以达到效果；

class Base final{//final关键字修饰，使得该类不可以被继承
public:
	Base(){
		cout << "Base::Base()的构造函数调用" << endl;
	}
private:
	int _b;
};
class Derive :public Base{
private:
	int _d;
};
int main(){

	Derive son;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

final关键还可以修饰基类的虚函数，目的就是为了使得基类的虚函数不被子类重写；

class Base {
public:
	Base(){
		cout << "Base::Base()的构造函数调用" << endl;
	}
	virtual void fun() final{ //使得该虚函数不能够被重写
		cout << "Base::fun()被调用" << endl;
	}
private:
	int _b;
};

class Derive :public Base{
	public
	virtual void fun(){ //由于基类这个函数fun被final修饰，所以派生类不可以重写
		cout << "Derive::fun()被调用" << endl;
	}
private:
	int _d;
};
int main(){

	Derive son;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

c++11还有一个关键字override，它是修饰派生类的虚函数，目的为的是：派生类必须重写基类虚函数，如果基类没有该虚函数，那么就会报错，或者派生类重写错乱基类虚函数，那么就会报错；

反正就是在基类中找不到你要重写的虚函数，那么就会直接报错；

所以说：override 有检查机制，帮你检查你的派生类是否正确的重写了基类的虚函数；

class Base {
public:
	Base(){
		cout << "Base::Base()的构造函数调用" << endl;
	}
	virtual void fun() { 
		cout << "Base::fun()被调用" << endl;
	}
private:
	int _b;
};

class Derive :public Base{
public:
	virtual void fun1() override{ 
		cout << "Derive::fun()被调用" << endl;
	}
private:
	int _d;
};
int main(){

	Derive son;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

9. 抽象类

3.1 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。

由于抽象类不能实例化对象，所以虚函数实现也是没有任何意义的，所以不会有人实现纯虚函数；
纯虚函数是可以实现的，但是就是没有意义罢了；

在这里插入图片描述

class Car
{
public:
	virtual void Drive() = 0; //纯虚函数
};
class Benz :public Car
{
public:
		virtual void Drive()
	{
	cout << "Benz-舒适" << endl;
	}
};
class BMW :public Car
{
public:
		virtual void Drive()
	{
		cout << "BMW-操控" << endl;
	}
};
void Test()
{
	Car* pBenz = new Benz;
	pBenz->Drive();
	Car* pBMW = new BMW;
	pBMW->Drive();
}

有纯虚函数，只能用父类指针或引用指向子类对象了，不可能再指向父类对象，因为父类对象是不可以被创建的；

10. 接口继承和实现继承区别

普通函数的继承是一种实现继承，派生类继承了基类函数，可以使用函数，继承的是函数的实现。
虚函数的继承是一种接口继承，派生类继承的是基类虚函数的接口，目的是为了重写，达成多态，继承的是接口。所以如果不实现多态，不要把函数定义成虚函数。

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