深入瞭解C++的多型與虛擬函式

2022-07-29 14:03:50

1.多型的機制與虛擬函式的機制

1.1 多型的機制

1.當在類中使用virtual宣告一個函數為虛擬函式時，在編譯時，編譯器會自動在基礎類別中默默地安插一個虛擬函式表指標，同時的.rodata段為這類生成一張虛擬函式表，用來儲存類中的虛擬函式的地址。

2.當繼承發生時，父類別中的虛指標就被子類給繼承了下來，所以他的類物件空間就增大了一個指標的大小。

3.當子類構造物件時，這根繼承而來的虛指標，將會在子類別建構函式中被重新賦值，所賦的值即為子類類中產生的虛擬函式表地址。

4.當使用父類別指標或參照，對虛擬函式進行呼叫時，通過這個虛擬函式表指標，在虛擬函式表中查詢虛擬函式的地址，從而呼叫不同類的虛擬函式。

1.2 虛擬函式的機制

虛擬函式的意義何在？就是用來承接動態多型的。他是如何承接這種動態多型機制的呢？

當子類之中函數與父類別之中的虛擬函式重名時，且返回值與形參列表都一致時，將是對父類別虛擬函式的重寫。當在子類重寫虛擬函式時，將會把虛擬函式表中的父類別的虛擬函式地址覆蓋掉。

1.3虛擬函式表的結構圖

1.4 動態多型實現的三個前提件（很重要）

1.有繼承關係

2.基礎類別中有虛擬函式，且子類重寫虛擬函式

3.基礎類別指標或參照，指向或參照父類別物件，就會形成動態多型

2.多型範例應用

#include <iostream>
 
using namespace std;
class Driver{
public:
    virtual void show_info()
    {
        cout<<"我是司機"<<endl;
    }
};
 
class Bwm:public Driver
{
public:
    void show_info()
    {
        cout<<"我開的是寶馬"<<endl;
    }
};
 
class Benchi:public Driver
{
public:
    void show_info()
    {
        cout<<"我開的是賓士"<<endl;
    }
};
 
class Tuolaji:public Driver
{
public:
    void show_info()
    {
        cout<<"我開的是拖拉機"<<endl;
    }
};
 
class Kai
{
public:
    void kaiche(Driver& p)
    {
        p.show_info();
    }
 
};
 
int main()
{
    Bwm bwm;
    Tuolaji tuolaji;
    Benchi benchi;
 
    Kai p;
    p.kaiche(tuolaji);
    p.kaiche(benchi);
    p.kaiche(benchi);
 
 
    return 0;
}

結果圖:

3.多型的巨大問題與虛解構

3.1程式碼舉例說明

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class A
{
public:
    A()
    {
        cout<<"A的構造"<<endl;
    }
 
    ~A()
    {
        cout<<"A的解構"<<endl;
    }
 
    virtual void show_info()
    {
        cout<<"愛吃飯"<<endl;
    }
};
 
class B:public A
{
public:
    B()
    {
        cout<<"B的構造"<<endl;
    }
 
    ~B()
    {
        cout<<"B的解構"<<endl;
    }
 
    void show_info()
    {
        cout<<"愛吃糖"<<endl;
    }
};
 
int main()
{
    A* a=new B;
    a->show_info();
 
    delete a;
    return 0;
}

結果圖：

由圖可知：當用虛擬函式實現多型的時候，子類的的解構無法進行。

所以我們應該怎麼解決呢？

3.2程式碼實現

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class A
{
public:
    A()
    {
        cout<<"A的構造"<<endl;
    }
 
    virtual~A()
    {
        cout<<"A的解構"<<endl;
    }
 
    virtual void show_info()
    {
        cout<<"愛吃飯"<<endl;
    }
};
 
class B:public A
{
public:
    B()
    {
        cout<<"B的構造"<<endl;
    }
 
    ~B()
    {
        cout<<"B的解構"<<endl;
    }
 
    void show_info()
    {
        cout<<"愛吃糖"<<endl;
    }
};
 
int main()
{
    A* a=new B;
    a->show_info();
 
    delete a;
    return 0;
}

結果圖：

所以，為了避免子類的解構無法執行而造成的記憶體漏失問題，應該把最遠端父類別的解構函式定義為虛解構。虛解構的語法即是在最遠端父類別的解構函式名前加virtual進行修飾即可。

虛解構如下：

virtual~A()
    {
        //虛解構的定義形式。
    }

4.純虛擬函式與抽象類

4.1純虛擬函式語法格式

class + 類名
{
public:
virtual void showInfo() = 0;
};

4.2純虛擬函式的定義

在類中定義一個沒有函數體的虛擬函式就叫做純虛擬函式。類中有純虛擬函式的類就叫做抽象類。抽象類被人稱介面類。這個純虛擬函式只有一個函數名做為函數功能的表現，而沒有函數體的實現。純虛擬函式必須在子類之中進行實現，如果繼承的子類沒有實現父類別的純虛擬函式，那麼這個子類也將成員抽象類。抽象類是不可以定義物件的。純虛擬函式也叫介面類中的介面。

4.3抽象類的應用範例

#include <iostream>
 
using namespace std;
class A
{
public:
    virtual void show_info()=0;
 
    virtual void goshopping()=0;
};
 
class B:public A
{
public:
    void show_info()
    {
        cout<<"我是大哥"<<endl;
    }
 
    void goshopping()
    {
        cout<<"我是小弟"<<endl;
    }
};
 
int main()
{
   A* a=new B;
   a->show_info();
   a->goshopping();
    return 0;
}

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