深入解析C++中的虚函数和虚继承:实现多态性与继承关系的高级特性

深入解析C++中的虚函数和虚继承:实现多态性与继承关系的高级特性

这里写目录标题虚函数虚函数实现动态绑定虚继承抽象类虚函数虚函数是在C++中用于实现多态性的一种特殊函数。它通过使用关键字"virtual"进行声明,在基类中定义,可在派生类中进行重写。虚函数允许在运行时根据对象的实际类型来调用相应的函数,而不仅仅根据指针或引用的类型。这使得在继承关系中,通过基类指针或引用调用虚函数时,可以根据实际对象的类型来动态地确定要执行的函数版本,实现多态性的特性。

虚函数定义

在 C++ 中,可以通过在函数声明前面加上关键字 virtual 来定义虚函数。例如:

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制class Base {

public:

virtual void virtualFunction() {

// 函数定义

}

};在这个例子中,virtualFunction 被声明为虚函数。派生类可以重写这个虚函数,实现多态性。

虚函数实现动态绑定动态绑定(Dynamic Binding),也称为运行时多态性(Runtime Polymorphism),是通过在基类和派生类中使用虚函数来实现的。

在C++中,当基类的指针或引用指向派生类的对象时,通过调用虚函数,可以实现对应于派生类的特定实现。这种根据对象的实际类型来确定调用哪个函数的机制就是动态绑定。

动态绑定的关键在于使用virtual关键字将成员函数声明为虚函数,并在基类和派生类中提供相应的实现。

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制#include

#include

using namespace std;

class cemployee

{

public:

int m_id;

char name[10];

cemployee()

{

memset(name,0,10);

}

virtual void outputname()

{

cout<<"employee name:"<

}

};

class comployee:public cemployee

{

public:

char password[10];

void outputname()

{

cout<<"opertor name:"<

}

};

int main()

{

cemployee* pworker = new comployee();

strcpy(pworker->name,"MP");

pworker->outputname();

delete pworker;

return 0;

}动态多态满足关系:

1.有继承关系

2.子类重写父类的虚函数

动态多态使用:父类的指针或引用 指向子类对象

重写:函数返回值类型 函数名 参数列表 完全一致叫重写

如果子类中没有堆区数据,可以不用写虚析构和纯虚析构。

1.虚析构与纯虚析构共性:

解决父类指针释放子类对象不干净问题

都需要有具体的函数实现

2.区别:

如果是纯虚析构,该类属于抽象类,无法实例化

.虚析构语法:

virtual ~类名(){}

纯虚析构语法:

virtual ~类名()=0;

类名::~类名(){}

纯虚数

子类的内容会覆盖父类,所以父类中函数没有意义了

类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类

virtual void func() = 0;

抽象类无法实例化对象(堆区,栈区)

子类也必须要重写父类中的虚函数,否则子类也就是抽象类

具体代码示意如下所示

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制#include

using namespace std;

class animal

{

public:

void speak()

{

cout << "dongwuzaishouhua" << endl;

}

void speak()

{

cout << "dongwuzaishouhua" << endl;

}

class cat :public animal

{

public:

void speak()

{

cout << "xiaomaozaishuohua" << endl;

}

};

class dog :public animal

{

public:

virtual void speak()

{

cout << "xioagouzaishuoihua" << endl;

}

//注释之后对象模型:

class dog size(1):

+---

0 | +--- (base class animal)

| +---

+---

};

void dospeak(animal& animal) //aniaml& aniaml= cat

{

animal.speak(); //会打印出dongwuzaishouhua,因为aniaml&

}

void test01()

{

cat cat;

dospeak(cat);

dog dog;

dospeak(dog);

}

/*

vfptr: 虚函数表指针

v- virtual

f- function

ptr- pointor

vftable:虚函数表

v- virtual

f- function

table- table

*/

![请添加图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/0194baae48ad4111aa4acc0ce9f011df.png)

/* 有函数对象时模型:

class dog size(4):

+---

0 | +--- (base class animal)

0 | | {vfptr}

| +---

+---

dog::$vftable@:

| &dog_meta

| 0

0 | &dog::speak //覆盖 父类的指针或引用 指向子类对象发生多态

*/

class base

{

public:

//纯虚数

// 子类的内容会覆盖父类,所以父类中函数没有意义了

//类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类

virtual void func() = 0;

/*

抽象类无法实例化对象(堆区,栈区)

子类也必须要重写父类中的虚函数,否则子类也就是抽象类

*/

virtual ~base()

{

cout << "base的析构函数" << endl;

}

};

class son :public base

{

public:

virtual void func()

{

cout << "fff";

}

virtual ~son()

{

cout << "son的析构函数" << endl;

}

};

void test00()

{

//son s;不允许使用抽象类类型 "son" 的对象

//base s;

//new base;

/*base* b = new son;

b->func();*/

}

int main()

{

//test01();

test00();

system("pause");

return 0;

}虚继承虚继承(Virtual Inheritance)是C++中的一种继承方式,用于解决多继承中的菱形继承问题。

在多重继承中,如果一个派生类从两个或更多的基类继承,而这些基类又共同继承自同一个基类,就会出现菱形继承问题。这种情况下,派生类会包含同一个基类的多份拷贝,导致二义性和内存浪费。

虚继承通过使用virtual关键字修饰基类,在派生类对该基类进行继承时,确保只有一份共享的基类子对象被创建,从而解决了菱形继承问题。

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制#include

using namespace std;

class cnaimal

{

public:

cnaimal(){

cout<<"animal was created"<

}

void move(){

cout<<"animal could moving"<

}

};

class cbird:public cnaimal

{

public:

cbird(){

cout<<"bird was created"<

}

void fly(){

cout<<"bird would flying"<

}

};

class cfish:public cnaimal

{

public:

cfish(){

cout<<"fish was created"<

}

void swim(){

cout<<"fish would swim"<

}

};

class cwaterbird: public cbird, public cfish

{

public:

cwaterbird(){

cout<<"cwaterbird was created"<

}

};

int main()

{

cwaterbird waterbird;

return 0;

}运行结果·:

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制[bsk@localhost polymorphic]$ g++ virtualinheritance.cpp

[bsk@localhost polymorphic]$ ./a.out

animal was created

bird was created

animal was created

fish was created

cwaterbird was created我们可以看到,当只创建一个cwaterbird类时,由于它继承于cbird类和cfish类,所以会先去调用他们的构造函数,但是他们又继承于canimal类,于是又先去调用animal was created,然后再是鸟类的自身构造,bird was created,鸟类构造完之后,又来构造鱼类,同鸟类一样,先是animal was created,再是自身构造,fish was created,最后才是cwaterbird was created

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制#include

using namespace std;

class cnaimal

{

public:

cnaimal(){

cout<<"animal was created"<

}

void move(){

cout<<"animal could moving"<

}

};

class cbird:virtual public cnaimal

{

public:

cbird(){

cout<<"bird was created"<

}

void fly(){

cout<<"bird would flying"<

}

};

class cfish:virtual public cnaimal

{

public:

cfish(){

cout<<"fish was created"<

}

void swim(){

cout<<"fish would swim"<

}

};

class cwaterbird: public cbird, public cfish

{

public:

cwaterbird(){

cout<<"cwaterbird was created"<

}

};

int main()

{

cwaterbird waterbird;

return 0;

}结果·如下所示:

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制[bsk@localhost polymorphic]$ ./a.out

animal was created

bird was created

fish was created

cwaterbird was created可见,当类是虚继承时,我们可以发现animal类的构造就只有一个了,

抽象类抽象类包含有纯虚函数的类,一个抽象类至少有一个纯虚函数。抽象类只能作为基类派生出的新子类,而不能在程序中被实例化(不能声明抽象类的对象),但是可以指向抽象类的指针。

纯虚函数(Pure Virtual Function)是在基类中声明的没有实际实现的虚函数。它通过在函数声明后面加上= 0来表示。

纯虚函数在基类中起到了接口的定义作用,要求派生类必须提供对应的实现。如果一个类包含了纯虚函数,那么它就成为了抽象类,无法被直接实例化,只能作为基类来派生其他类。

纯虚函数使用的语法如下:

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制class Base {

public:

virtual void pureVirtualFunction() = 0;

};在上述示例中,Base类中的pureVirtualFunction函数被声明为纯虚函数。该函数没有实际的实现,只是作为接口的定义存在。

派生类必须提供对纯虚函数的实现,否则它们也会成为抽象类。一个派生类可以选择重写纯虚函数,也可以将其继续声明为纯虚函数,这取决于派生类是否需要进一步派生。

一个简单的示例:

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制#include

class Base {

public:

virtual void pureVirtualFunction() = 0;

};

class Derived : public Base {

public:

void pureVirtualFunction() override {

std::cout << "Derived class implementation." << std::endl;

}

};

int main() {

// Base base; // 错误,无法实例化抽象类

Derived derived;

derived.pureVirtualFunction(); // 调用Derived类的实现

Base* basePtr = &derived;

basePtr->pureVirtualFunction(); // 通过基类指针调用Derived类的实现

return 0;

}在上述示例中,Base类中的pureVirtualFunction函数被声明为纯虚函数。Derived类继承自Base类,并提供了对纯虚函数的具体实现。通过Derived类的对象或基类指针可以调用纯虚函数的具体实现。

纯虚函数允许在基类中定义一组接口,并强制要求派生类提供相应的实现。它是实现抽象类和多态性的重要机制之一。

如果某个函数不是抽象类中的成员函数,不能用基类指针调用。

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