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C++多態實現的機制

1 什麼是多態?
多態性可以簡單的概括為“1個接口,多種方法”,在程序運行的過程中才決定調用的機制程序實現上是這樣,通過父類指針調用子類的函數,可以讓父類指針有多種形態。
2 實現機制
舉一個例子:
#include <iostream.h>
class animal
{
public:
void sleep()
{
cout<<"animal sleep"<<endl;
}
void breathe()
{
cout<<"animal breathe"<<endl;
}
};
class fish:public animal
{
public:
void breathe()
{
cout<<"fish bubble"<<endl;
}
};
void main()
{
fish fh;
animal *pAn=&fh;
pAn->breathe();
}
答案是輸出:animal breathe
結果分析:
1從編譯的角度
C++編譯器在編譯的時候,要確定每個對象調用的函數的地址,這稱為早期綁定(early binding),當我們將fish類的對象fh的地址賦給pAn時,C++編譯器進行了類型轉換,此時C++編譯器認為變量pAn保存的就是animal對象的地址。當在main()函數中執行pAn->breathe()時,調用的當然就是animal對象的breathe函數。
2 內存模型的角度
我們構造fish類的對象時,首先要調用animal類的構造函數去構造animal類的對象,然後才調用fish類的構造函數完成自身部分的構造,從而拼接出一個完整的fish對象。當我們將fish類的對象轉換為animal類型時,該對象就被認為是原對象整個內存模型的上半部分,也就是圖1-1中的“animal的對象所占內存”。那麼當我們利用類型轉換後的對象指針去調用它的方法時,當然也就是調用它所在的內存中的方法。因此,輸出animal breathe,也就順理成章了。

為了得到我們想要的結果,就要使用虛函數

前面輸出的結果是因為編譯器在編譯的時候,就已經確定了對象調用的函數的地址,要解決這個問題就要使用遲綁定(late binding)技術。當編譯器使用遲綁定時,就會在運行時再去確定對象的類型以及正確的調用函數。而要讓編譯器采用遲綁定,就要在基類中聲明函數時使用virtual關鍵字(注意,這是必須的,很多學員就是因為沒有使用虛函數而寫出很多錯誤的例子),這樣的函數我們稱為虛函數。一旦某個函數在基類中聲明為virtual,那麼在所有的派生類中該函數都是virtual,而不需要再顯式地聲明為virtual。
 
下面我們將上面一段代碼進行部分修改

virtual void breathe()
{
cout<<"animal breathe"<<endl;
}
運行結果:fish bubble
結果分析
編譯器為每個類的對象提供一個虛表指針,這個指針指向對象所屬類的虛表。在程序運行時,根據對象的類型去初始化vptr,從而讓vptr正確的指向所屬類的虛表,從而在調用虛函數時,就能夠找到正確的函數。

    由於pAn實際指向的對象類型是fish,因此vptr指向的fish類的vtable,當調用pAn->breathe()時,根據虛表中的函數地址找到的就是fish類的breathe()函數。

正是由於每個對象調用的虛函數都是通過虛表指針來索引的,也就決定了虛表指針的正確初始化是非常重要的。換句話說,在虛表指針沒有正確初始化之前,我們不能夠去調用虛函數。那麼虛表指針在什麼時候,或者說在什麼地方初始化呢?
答案是在構造函數中進行虛表的創建和虛表指針的初始化。還記得構造函數的調用順序嗎,在構造子類對象時,要先調用父類的構造函數,此時編譯器只“看到了”父類,並不知道後面是否後還有繼承者,它初始化父類對象的虛表指針,該虛表指針指向父類的虛表。當執行子類的構造函數時,子類對象的虛表指針被初始化,指向自身的虛表。

    當fish類的fh對象構造完畢後,其內部的虛表指針也就被初始化為指向fish類的虛表。在類型轉換後,調用pAn->breathe(),由於pAn實際指向的是fish類的對象,該對象內部的虛表指針指向的是fish類的虛表,因此最終調用的是fish類的breathe()函數。

C++ Primer Plus 第6版 中文版 清晰有書簽PDF+源代碼 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101227.htm

讀C++ Primer 之構造函數陷阱 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-08/40176.htm

讀C++ Primer 之智能指針 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-08/40177.htm

讀C++ Primer 之句柄類 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-08/40175.htm

將C語言梳理一下,分布在以下10個章節中:

  1. Linux-C成長之路(一):Linux下C編程概要 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242.htm
  2. Linux-C成長之路(二):基本數據類型 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p2.htm
  3. Linux-C成長之路(三):基本IO函數操作 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p3.htm
  4. Linux-C成長之路(四):運算符 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p4.htm
  5. Linux-C成長之路(五):控制流 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p5.htm
  6. Linux-C成長之路(六):函數要義 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p6.htm
  7. Linux-C成長之路(七):數組與指針 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p7.htm
  8. Linux-C成長之路(八):存儲類,動態內存 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p8.htm
  9. Linux-C成長之路(九):復合數據類型 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p9.htm
  10. Linux-C成長之路(十):其他高級議題

更多詳情見請繼續閱讀下一頁的精彩內容: http://www.linuxidc.com/Linux/2014-12/111080p2.htm

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