C++ 在类的继承中使用virtual定义虚函数，实现多态

朱雀 2023-07-15 11:24 144阅读 0赞

# 1.概念 #

首先要搞清楚什么是多态：  
**多态：函数的行为取决于调用该函数的对象。**

多态分为：**静态多态**（静态联编）和**动态多态**（动态联编）  
静态多态的体现：函数重载，运算符重载，即在编译过程中实现联编  
**动态多态的体现：虚函数，即在程序运行过程中才动态的确定操作对象**

其次还要明白，在C++中，**派生类和基类之间的一种特殊关系**：**基类指针和引用可以**在不进行显示转换的情况下**指向派生类对象**，称为**向上强制转换**，这在实现多态方面起着关键作用

弄懂了上面的概念之后，我们来看具体的例子，基类Base，派生类Deriverd：

#include<iostream>
    using namespace std;
    class Base
    {
        
    public:
    void view1() {
        cout<<"这是基类非虚方法"<<endl;}
    virtual void view2() {
        cout<<"这是基类的虚方法"<<endl;}
    };
    
    class Derived:public Base
    {
        
    public:
    void view1() {
        cout<<"这是派生类的非虚方法"<<endl;}//重定义（隐藏）
    virtual void view2() {
        cout<<"这是派生类的虚方法"<<endl;}//重写（覆盖），对于虚函数而言
    };

接下来，我们分别创建了基类对象B，派生类对象D，及各自类型的引用和指针，**最后还有一个基类指针指向派生类对象（向上强制转换）**，代码如下

void main()
    {
        
    Base B; //创建基类对象B
    Derived D; //创建派生类对象D
    Base *pB=&B; //创建Base类型指针pB
    Base &rB=B; //创建Base类型引用rB
    Derived *pD=&D;
    Derived &rD=D;
    Base *ppB=&D;//基类指针指向派生类对象

然后分别调用各自的**非虚函数**(B为基类，D为派生类）

B.view1();
    D.view1();
    pB->view1();
    pD->view1();
    rB.view1();
    rD.view1();
    ppB->view1();

运行结果如下  
![在这里插入图片描述][2020031620522420.png]  
可以看到，最后一个**基类指针ppB**，虽然指向派生类，但是**调用了基类的方法**

**至此我们就可以得出一个结论**：

**非虚函数（无virtual），程序将根据引用类型或指针类  
型选择方法**  
请多读几次上面的结论，理解透彻

同样的，我们分别调用**虚函数**

B.view2();
    D.view2();
    pB->view2();
    pD->view2();
    rB.view2();
    rD.view2();
    ppB->view2();

![在这里插入图片描述][20200316210432488.png]  
很明显，二者的不同在于最后一个调用，ppB->view2()，这也就是虚函数的作用：

**虚函数（virtual），程序将根据引用或指针指向的对象类型选择方法**

请看清楚，是**指向的对象类型**！，ppB指向的是派生类对象，也就调用了派生类方法

# 2.虚函数的原理 #

\*\*编译器处理虚函数的方法是：**给每一个类创建一个存储虚函数地址的数组，该数组称为虚函数表**。然后给每个对象添加一个隐藏成员，**隐藏成员中保存了一个指向虚函数地址数组（虚函数表）的指针vptr。**

首先，基类对象包含一个指针，该指针指向基类中所有虚函数的地址表。派生类对象将包含一个指向独立地址表的指针。

然后，有三种情况：①如果派生类提供了虚函数的新定义，该虚函数表将保存新函数的地址；②如果派生类没有重新定义虚函数，该vtbl将保存函数原始版本的地址；③如果派生类定义了新的虚函数，则该函数的地址也将被添加到vtbl中  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzMzNTM5Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70]

# 3.虚函数的用处及何时应该使用虚函数 #

用处：可以定义一个基类的指针数组：Base \*p\[10\],里面的每一个元素既可以指向基类对象，又可以指向派生类对象，并且通过指针可以分别调用基类和派生类中的虚函数，这就体现了多态

**使用时机：如果要在派生类中重新定义基类的方法，应将基类方法声明为虚拟的**

# 4.虚函数的注意事项 #

**①如果使用virtual，重新定义派生类中的函数，必须确保函数原型与基类中的一模一样（函数名和参数数量及类型），但返回类型可以是基类或派生类的引用或指针**

**②如果基类声明被重载了，则应该在派生类中重新定义所有基类版本**

**③构造函数不能是虚函数，因为创建派生类对象时，先调用派生类构造函数，派生类的构造函数将使用基类的一个构造函数**

**④析构函数应当是虚函数，例如**

Base *p=new Derived;
    delete p;

**如果不使用virtual，delete语句将调用Base的析构函数，释放Derived对象中Base部分指向的内存，但不会释放类的新成员指向的内存。但如果使用virtual，将先调用~Derived(),再调用Base的析构函数**

**⑤友元函数不能是虚函数，因为它不是类的成员，只有成员才能是虚函数**

[2020031620522420.png]: /images/20230528/b5c793ea90d54611aee7a5f937398ce1.png
[20200316210432488.png]: /images/20230528/2dcc99b9796f45c489e7b29a33a31e8e.png
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