再探虚函数

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看,未来 发表于 2021/09/08 08:40:12 2021/09/08
【摘要】 Q1:C++的多态如何实现 静态多态:也称为编译期间的多态,编译器在编译期间完成的,编译器根据函数实参的类型(可能会进行隐式类型转换),可推断出要调用那个函数,如果有对应的函数就调用该函数,否则出现编译错误。重载函数的关键是函数参数列表——也称函数特征标。包括:函数的参数数目和类型,以及参数的排列顺序。所以,重载函数与返回值,参数名无关。以下这种方式的重载是错误的,这要跟C++的编译后的函...

请添加图片描述

Q1:C++的多态如何实现

静态多态:

也称为编译期间的多态,编译器在编译期间完成的,编译器根据函数实参的类型(可能会进行隐式类型转换),可推断出要调用那个函数,如果有对应的函数就调用该函数,否则出现编译错误。

重载函数的关键是函数参数列表——也称函数特征标。包括:函数的参数数目和类型,以及参数的排列顺序。所以,重载函数与返回值,参数名无关。

以下这种方式的重载是错误的,这要跟C++的编译后的函数名扯上关系了。

void print(const char* str,int width);
int print(const char* str,int width);

静态多态有两种实现方式:

函数重载:包括普通函数的重载和成员函数的重载
函数模板的使用

动态多态

在基类的函数前加上virtual关键字,在派生类中重写该函数,运行时将会根据所指对象的实际类型来调用相应的函数,如果对象类型是派生类,就调用派生类的函数,如果对象类型是基类,就调用基类的函数。

必须是虚函数(派生类一定要重写基类中的虚函数)

在这里插入图片描述


Q2:什么是纯虚函数,与虚函数的区别

1、定义一个函数为虚函数,不代表函数为不被实现的函数。定义他为虚函数是为了允许用基类的指针来调用子类的这个函数。
定义纯虚函数是为了实现一个接口,起到一个规范的作用,规范继承这个类的程序员必须实现这个函数。

2、纯虚函数是在基类中声明的虚函数,它在基类中没有定义,但要求任何派生类都要定义自己的实现方法。在基类中实现纯虚函数的方法是在函数原型后加"=0"

3、声明了纯虚函数的类是一个抽象类。所以,用户不能创建类的实例,只能创建它的派生类的实例,它必须在继承类中重新声明函数。

4、定义纯虚函数的目的在于,使派生类仅仅只是继承函数的接口。
(这句话刚开始还真没反应过来,也是啊,基类都不能初始化对象了,还怎么去调用基类方法啊)


Q3:抽象基类派生类对象可以调用基类方法吗?

如果说,抽象类无法实例化对象,那就无法使用对象方法了嘛。
但是,那只是用户无法实例化罢了,,,

#include<string.h>
#include<iostream>

using namespace std;

class A {
public:
	A(){
		cout << "A" << endl;
	}

	virtual void v() = 0;
	void show() {
		cout << "A" << endl;
	}
};

class B :public A {
public:

	B(){
		cout << "B" << endl;
	}

	void v() {
		cout << "B" << endl;
	}
};

int main() {
	A* a = new B();
	B* b = new B();

	//a->show();
	//b->v();
}
A
B
A
B

Q4:抽象基类为什么不能创建对象?

那我现在有一个抽象类的对象,我要调用接口,调用哪个?


Q5:基类的析构函数为什么要定义成虚函数?

只有在基类析构函数定义为虚函数时,调用操作符delete销毁指向对象的基类指针时,才能准确调用派生类的析构函数(从该级向上按序调用虚函数),才能准确销毁数据。

#include<string.h>
#include<iostream>

using namespace std;

class A {
public:
	A(){
		cout << "A" << endl;
	}

	~A() {
		cout << "~A" << endl;
	 }

	void show() {
		cout << "A" << endl;
	}
};


class B :public A {
public:

	B(){
		cout << "B" << endl;
	}

	~B() {
		cout << "~B" << endl;
	}

	void v() {
		cout << "B" << endl;
	}
};

int main() {
	
	A* a = new B();

	delete(a);
	return 0;
}

没有虚析构的时候:

A
B
~A

有虚析构的时候:

A
B
~B
~A

Q6:析构函数可以使纯虚函数吗?

编译过不了。


Q7:构造函数和析构函数可以调用虚函数吗,为什么?

因为父类对象会在子类之前进行构造,此时子类部分的数据成员还未初始化,因此调用子类的虚函数时不安全的,故而C++不会进行动态联编;

析构函数是用来销毁一个对象的,在销毁一个对象时,先调用子类的析构函数,然后再调用基类的析构函数。所以在调用基类的析构函数时,派生类对象的数据成员已经销毁,这个时候再调用子类的虚函数没有任何意义。


Q8:静态函数能定义为虚函数吗?

1、static成员不属于任何类对象或类实例,所以即使给此函数加上virutal也是没有任何意义的。

2、静态与非静态成员函数之间有一个主要的区别,那就是静态成员函数没有this指针。

虚函数依靠vptr和vtable来处理。vptr是一个指针,在类的构造函数中创建生成,并且只能用this指针来访问它,因为它是类的一个成员,并且vptr指向保存虚函数地址的vtable.对于静态成员函数,它没有this指针,所以无法访问vptr。


Q8:基类的虚函数表存放在内存的什么区,虚表指针vptr的初始化时间?

1、 虚函数表是class specific的,也就是针对一个类来说的,这里有点像一个类里面的staic成员变量,即它是属于一个类所有对象的,不是属于某一个对象特有的,是一个类所有对象共有的。
2、虚函数表类似一个数组,类对象中存储vptr指针,指向虚函数表。
3、虚函数表存储虚函数的地址,即虚函数表的元素是指向类成员函数的指针,而类中虚函数的个数在编译时期可以确定,即虚函数表的大小可以确定,即大小是在编译时期确定的,不必动态分配内存空间存储虚函数表。所以不在堆中。

推测在全局变量区。

请看下面的程序,该程序演示了多态类对象存储空间的大小:

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    int i;
    virtual void func() {}
    virtual void func2() {}
};
class B : public A
{
    int j;
    void func() {}
};
int main()
{
    cout << sizeof(A) << ", " << sizeof(B);  //输出 8,12
    return 0;
}

实际上,任何有虚函数的类及其派生类的对象都包含这多出来的 4 个字节,这 4 个字节就是实现多态的关键——它位于对象存储空间的最前端,其中存放的是虚函数表的地址。

每一个有虚函数的类(或有虚函数的类的派生类)都有一个虚函数表,该类的任何对象中都放着该虚函数表的指针(可以认为这是由编译器自动添加到构造函数中的指令完成的)。

虚函数表是编译器生成的,程序运行时被载入内存。一个类的虚函数表中列出了该类的全部虚函数地址。例如,在上面的程序中,类 A 对象的存储空间以及虚函数表(假定类 A 还有其他虚函数)如图 1 所示。

在这里插入图片描述

类 B 对象的存储空间以及虚函数表(假定类 B 还有其他虚函数)如图 2 所示。
在这里插入图片描述

多态的函数调用语句被编译成根据基类指针所指向的(或基类引用所引用的)对象中存放的虚函数表的地址,在虚函数表中查找虚函数地址,并调用虚函数的一系列指令。

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