在c++中虚函数和多态性是什么意思
C++中的虚函数是允许在派生类中重新定义与基类同名的函数,并且可以通过基类指针或引用来访问基类和派生类中的同名函数。
C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制。
关于多态,简而言之就是用父类型别的指针指向其子类的实例,然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数。
这种技术可以让父类的指针有“多种形态”,这是一种泛型技术。所谓泛型技术,说白了就是试图使用不变的代码来实现可变的算法。比如:模板技术,RTTI技术,虚函数技术,要么是试图做到在编译时决议,要么试图做到运行时决议。
以下小程序说明了多态性
#include "stdafx.h"#include
using namespace std;
class Base{public: virtual void vf() //只有虚函数、纯虚函数才有多态性 { cout << "调用了基类函数 vf() 。" << endl; }};
class A : public Base{public: void vf() { cout << "调用了子类 A 函数 vf() 。" << endl; }};
class B : public Base{public: void vf() { cout << "调用了子类 B 函数 vf() 。" << endl; }};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){ Base *p, bs; A a; B b;
p = &bs; //基类指针指向基类对象 p->vf(); //调用的是基类函数 vf()
p = static_cast(&a);//基类指针指向类 A 对象 p->vf();//调用的是类 A 函数 vf()
p = static_cast(&b);//基类指针指向类 B 对象 p->vf();//调用的是类 B 函数 vf()
//这就是多态性
system("pause"); return 0;}
运行结果:
虚函数与基类指针在一起时会有奇妙的现象。
1.虚函数是为了实现多态而存在的
请看以下程序:
#include <<
using namespace std;
class F
{
public:
void novir()
{
cout << "father novir" <
}
virtual void vir()
{
cout<< "father vir"<
}
};
class S : public F
{
public:
void novir()
{
cout << "son novir"<
}
void vir()
{
cout << "son vir"<
}
};
int main()
{
F f;
S s;
s.novir();// 子类起作用,输出为 son novir
s.vir();//子类起作用,输出为son vir
f.novir();//父类起作用(因为其本身在这里与子类没有关系),输出father novir
f.vir();// 父类起作用(因为其本身在这里与子类没有关系),输出father vir
F *ff;
ff = &s;//将一个父类指针指向一个子类对象;子类指针不能指向父类对象
ff->novir();//父类起作用,显示father novir
ff->vir();//子类起作用,虚函数多态的用处,显示 son vir,具体参见下面解释
return 0;
}
输出:
[root@localhost root]# ./vir
son novir
son vir
father novir
father vir
father novir
son vir
例如:父类为 车,子类为汽车
子类指针不能指向父类对象(即将父类对象赋值给子类指针):
因为子类中有些信息父类没有,如果用指针访问的时候很可能访问到父类没有的一些属性及函数,会出错。父类的对象可以有很多,自行车,摩托车,轿车等,如果用一个父类的对象赋给子类汽车的指针,汽车有的属性,例如发动机,父类对象就没有,会产生错误。
父类指针可以指向子类对象(即将子类对象赋值给父类指针):
由于继承的关系,子类对象同样也是父类的对象,例如:汽车有轮子,汽车也属于车,父类车也有轮子,这种情况下,子类对象就成为了父类的一个对象,所以只能操作父类有的属性及函数。对于那些父类没有的属性,必须将父类指针强制转化为子类指针后才可使用。
虚函数的多态体现
我们都知道,程序运行的过程要经过 预处理,编译,运行,链接等步骤。虚函数在程序运行的时候才被绑定,编译的时候不进行相关处理,只有运行的时候才对其进行相关操作。
所以在程序片:
=======================================================
F *ff;
ff = &s;//将一个父类指针指向一个子类对象;子类指针不能指向父类对象
ff->novir();//父类起作用,显示father novir
ff->vir();//子类起作用,虚函数多态的用处,显示 son vir
=======================================================
程序在运行时决定调用虚函数的哪个定义,这个决定依赖于基类型指针所指向的对象的类型。通过点运算调用虚函数时,忽略了虚函数的多态性,**只有**使用***基类型指针访问虚函数***,运行时的多态性才得以体现。即C++根据指针指向对象的类型来决定调用虚函数的哪个定义,在这里,指针所指向的类型为子类对象,所以虚函数使用子类的函数。
虚函数联系到多态,多态联系到继承。所以本文中都是在继承层次上做文章。没了继承,什么都没得谈。
下面是对C++的虚函数这玩意儿的理解。
什么是虚函数(如果不知道虚函数为何物,但有急切的想知道,那你就应该从这里开始)
简单地说,那些被virtual关键字修饰的成员函数,就是虚函数。虚函数的作用,用专业术语来解释就是实现多态性(Polymorphism),多态性是将接口与实现进行分离;用形象的语言来解释就是实现以共同的方法,但因个体差异而采用不同的策略。下面来看一段简单的代码
class A{
public:
void print(){ cout<<”This is A”<<endl;}
};
class B:public A{
public:
void print(){ cout<<”This is B”<<endl;}
};
int main(){ //为了在以后便于区分,我这段main()代码叫做main1
A a;
B b;
a.print();
b.print();
}
通过class A和class B的print()这个接口,可以看出这两个class因个体的差异而采用了不同的策略,输出的结果也是我们预料中的,分别是This is A和This is B。但这是否真正做到了多态性呢?No,多态还有个关键之处就是一切用指向基类的指针或引用来操作对象。那现在就把main()处的代码改一改。
int main(){ //main2
A a;
B b;
A* p1=&a;
A* p2=&b;
p1->print();
p2->print();
}
运行一下看看结果,哟呵,蓦然回首,结果却是两个This is A。问题来了,p2明明指向的是class B的对象但却是调用的class A的print()函数,这不是我们所期望的结果,那么解决这个问题就需要用到虚函数
class A{
public:
virtual void print(){ cout<<”This is A”<<endl;} //现在成了虚函数了
};
class B:public A{
public:
void print(){ cout<<”This is B”<<endl;} //这里需要在前面加上关键字virtual吗?
};
毫无疑问,class A的成员函数print()已经成了虚函数,那么class B的print()成了虚函数了吗?回答是Yes,我们只需在把基类的成员函数设为virtual,其派生类的相应的函数也会自动变为虚函数。所以,class B的print()也成了虚函数。那么对于在派生类的相应函数前是否需要用virtual关键字修饰,那就是你自己的问题了。
现在重新运行main2的代码,这样输出的结果就是This is A和This is B了。
现在来消化一下,我作个简单的总结,指向基类的指针在操作它的多态类对象时,会根据不同的类对象,调用其相应的函数,这个函数就是虚函数
虚函数是在基类中定义的,目的是不确定它的派生类的具体行为。例:
定义一个基类:class Animal//动物。它的函数为breathe()//呼吸。
再定义一个类class Fish//鱼 。它的函数也为breathe()
再定义一个类class Sheep //羊。它的函数也为breathe()
为了简化代码,将Fish,Sheep定义成基类Animal的派生类。
然而Fish与Sheep的breathe不一样,一个是在水中通过水来呼吸,一个是直接呼吸空气。所以基类不能确定该如何定义breathe,所以在基类中只定义了一个virtual breathe,它是一个空的虚函数。具本的函数在子类中分别定义。程序一般运行时,找到类,如果它有基类,再找它的基类,最后运行的是基类中的函数,这时,它在基类中找到的是virtual标识的函数,它就会再回到子类中找同名函数。派生类也叫子类。基类也叫父类。这就是虚函数的产生,和类的多态性(breathe)的体现.
这里的多态性是指类的多态性。
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