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C++ --- 多态

news 来源：原创 2025/8/4 5:09:00

1 多态的概念

多态(polymorphism)的概念：通俗来说，就是多种形态。多态分为编译时多态(静态多态)和运⾏时多 态(动态多态)，这⾥我们重点讲运⾏时多态，编译时多态(静态多态)和运⾏时多态(动态多态)。编译时 多态(静态多态)主要就是我们前⾯讲的函数重载和函数模板，他们传不同类型的参数就可以调⽤不同的 函数，通过参数不同达到多种形态，之所以叫编译时多态，是因为他们实参传给形参的参数匹配是在 编译时完成的，我们把编译时⼀般归为静态，运⾏时归为动态。

运⾏时多态，具体点就是去完成某个⾏为(函数)，可以传不同的对象就会完成不同的⾏为，就达到多种 形态。⽐如买票这个⾏为，当普通⼈买票时，是全价买票；学⽣买票时，是优惠买票(5折或75折)；军 ⼈买票时是优先买票。再⽐如，同样是动物叫的⼀个⾏为(函数)，传猫对象过去，就是"(>^ω^<)喵"，传狗对象过去，就是"汪汪"。

2 多态的定义以及实现 

 2.1多态的构成条件

多态是⼀个继承关系的下的类对象，去调⽤同⼀函数，产⽣了不同的⾏为。⽐如Student继承了 Person。Person对象买票全价，Student对象优惠买票

2.1.1实现多态还有两个必须重要条件

必须是基类的指针或者引⽤调⽤虚函数。

被调⽤的函数必须是虚函数，并且完成了虚函数重写/覆盖。

说明：要实现多态效果，第⼀必须是基类的指针或引⽤，因为只有基类的指针或引⽤才能既指向基类 对象⼜指向派⽣类对象；第⼆派⽣类必须对基类的虚函数完成重写/覆盖，重写或者覆盖了，基类和派⽣类之间才能有不同的函数，多态的不同形态效果才能达到。

2.1.2 虚函数

类成员函数前⾯加virtual修饰，那么这个成员函数被称为虚函数。注意⾮成员函数不能加virtual修饰。

2.1.3 虚函数的重写/覆盖

虚函数的重写/覆盖：派⽣类中有⼀个跟基类完全相同的虚函数(即派⽣类虚函数与基类虚函数的返回值 类型、函数名字、参数列表完全相同)，称派⽣类的虚函数重写了基类的虚函数。         注意：在重写基类虚函数时，派⽣类的虚函数在不加virtual关键字时，虽然也可以构成重写(因为继承 后基类的虚函数被继承下来了在派⽣类依旧保持虚函数属性)，但是该种写法不是很规范，不建议这样 使⽤，不过在考试选择题中，经常会故意买这个坑，让你判断是否构成多态。

2.1.4 析构函数的重写

        基类的析构函数为虚函数，此时派⽣类析构函数只要定义，⽆论是否加virtual关键字，都与基类的析 构函数构成重写，虽然基类与派⽣类析构函数名字不同看起来不符合重写的规则，实际上编译器对析 构函数的名称做了特殊处理，编译后析构函数的名称统⼀处理成destructor，所以基类的析构函数加了 vialtual修饰，派⽣类的析构函数就构成重写。

        下⾯的代码我们可以看到，如果~A()，不加virtual，那么deletep2时只调⽤的A的析构函数，没有调⽤ B的析构函数，就会导致内存泄漏问题，因为~B()中在释放资源。

        注意：这个问题⾯试中经常考察，⼤家⼀定要结合类似下⾯的样例才能讲清楚，为什么基类中的析构 函数建议设计为虚函数

2.1.5 override和final关键字

从上⾯可以看出，C++对虚函数重写的要求⽐较严格，但是有些情况下由于疏忽，⽐如函数名写错参数写错等导致⽆法构成重写，⽽这种错误在编译期间是不会报出的，只有在程序运⾏时没有得到预期结果才来debug会得不偿失，因此C++11提供了override，可以帮助⽤户检测是否重写。如果我们不想让 派⽣类重写这个虚函数，那么可以⽤final去修饰

2.1.6 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

3 纯虚函数和抽象类 

 在虚函数的后⾯写上=0，则这个函数为纯虚函数，纯虚函数不需要定义实现(实现没啥意义因为要被 派⽣类重写，但是语法上可以实现)，只要声明即可。包含纯虚函数的类叫做抽象类，抽象类不能实例 化出对象，如果派⽣类继承后不重写纯虚函数，那么派⽣类也是抽象类。纯虚函数某种程度上强制了 派⽣类重写虚函数，因为不重写实例化不出对象。

4 多态的原理 

4.1虚函数表指针 

来看这么一个代码：你觉得他会输出几呢？

class Base
{
public:virtual void Func1(){cout << "Func1()" << endl;}
protected:int _b = 1;char _ch = 'x';
};
int main()
{Base b;cout << sizeof(b) << endl;return 0;
}

上⾯题⽬运⾏结果12bytes，除了_b和_ch成员，还多⼀个__vfptr放在对象的前⾯(注意有些平台可能 会放到对象的最后⾯，这个跟平台有关)，对象中的这个指针我们叫做虚函数表指针(v代表virtual，f代表function)。⼀个含有虚函数的类中都⾄少都有⼀个虚函数表指针，因为⼀个类所有虚函数的地址要被放到这个类对象的虚函数表中，虚函数表也简称虚表。

4.2 多态的原理

4.2.1多态时如何实现的

从底层的⻆度Func函数中ptr->BuyTicket()，是如何作为ptr指向Person对象调用Person::BuyTicket， ptr指向Student对象调⽤Student::BuyTicket的呢？通过下图我们可以看到，满⾜多态条件后，底层 不再是编译时通过调⽤对象确定函数的地址，⽽是运⾏时到指向的对象的虚表中确定对应的虚函数的 地址，这样就实现了指针或引⽤指向基类就调⽤基类的虚函数，指向派⽣类就调⽤派⽣类对应的虚函 数。第⼀张图，ptr指向的Person对象，调⽤的是Person的虚函数；第⼆张图，ptr指向的Student对 象，调⽤的是Student的虚函数。

class Person {
public:virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
private:string _name;
};class Student : public Person {
public:virtual void BuyTicket() { cout << "买票-打折" << endl; }
private:string _id;
};class Soldier : public Person {
public:virtual void BuyTicket() { cout << "买票-优先" << endl; }
private:string _codename;
};void Func(Person& ptr)
{// 这里可以看到虽然都是Person指针Ptr在调用BuyTicket// 但是跟ptr没关系，而是由ptr指向的对象决定的。ptr.BuyTicket();
}int main()
{// 其次多态不仅仅发生在派生类对象之间，多个派生类继承基类，重写虚函数后// 多态也会发生在多个派生类之间。Person ps;Student st;Soldier sr;Func(ps);Func(st);Func(sr);return 0;
}

这里就时清晰明了的看得到Person，Student，Soldier这三个里面的vfptr各自不同，即使是Student，Soldier这两个是继承的Person类的虚函数，那么他们的虚函数地址也是不一样的。

4.2.2 动态绑定与静态绑定

对不满⾜多态条件(指针或者引⽤+调⽤虚函数)的函数调⽤是在编译时绑定，也就是编译时确定调⽤ 函数的地址，叫做静态绑定。

满⾜多态条件的函数调⽤是在运⾏时绑定，也就是在运⾏时到指向对象的虚函数表中找到调⽤函数的地址，也就做动态绑定。

// ptr是指针+BuyTicket是虚函数满⾜多态条件。
// 这⾥就是动态绑定，编译在运⾏时到ptr指向对象的虚函数表中确定调⽤函数地址ptr->BuyTicket();
00EF2001  mov         eax,dword ptr [ptr] 
00EF2004  mov         edx,dword ptr [eax]
00EF2006  mov         esi,esp 
00EF2008  mov         ecx,dword ptr [ptr]  
00EF200B  mov         eax,dword ptr [edx]  
00EF200D  call        eax// BuyTicket不是虚函数，不满⾜多态条件。
// 这⾥就是静态绑定，编译器直接确定调⽤函数地址ptr->BuyTicket();
00EA2C91  mov         
00EA2C94  call

4.2.3 虚函数表

1 基类对象的虚函数表中存放基类所有虚函数的地址。同类型的对象共⽤同⼀张虚表，不同类型的对 象各⾃有独⽴的虚表，所以基类和派⽣类有各⾃独⽴的虚表。

2 派⽣类由两部分构成，继承下来的基类和⾃⼰的成员，⼀般情况下，继承下来的基类中有虚函数表 指针，⾃⼰就不会再⽣成虚函数表指针。但是要注意的这⾥继承下来的基类部分虚函数表指针和基类对象的虚函数表指针不是同⼀个，就像基类对象的成员和派⽣类对象中的基类对象成员也独立的。

3 派⽣类中重写的基类的虚函数，派⽣类的虚函数表中对应的虚函数就会被覆盖成派⽣类重写的虚函 数地址。

4 派⽣类的虚函数表中包含，(1)基类的虚函数地址，(2)派⽣类重写的虚函数地址完成覆盖，派⽣类 ⾃⼰的虚函数地址三个部分。

5 虚函数表本质是⼀个存虚函数指针的指针数组，⼀般情况这个数组最后⾯放了⼀个0x00000000标 记。(这个C++并没有进⾏规定，各个编译器⾃⾏定义的，vs系列编译器会再后⾯放个0x00000000 标记，g++系列编译不会放)

6 虚函数存在哪的？虚函数和普通函数⼀样的，编译好后是⼀段指令，都是存在代码段的，只是虚函数的地址⼜存到了虚表中。

7 虚函数表存在哪的？这个问题严格说并没有标准答案C++标准并没有规定，我们写下⾯的代码可以 对⽐验证⼀下。vs下是存在代码段(常量区)

class Base {
public:virtual void func1() { cout << "Base::func1" << endl;}virtual void func2(){ cout << "Base::func2" << endl;}void func5() { cout << "Base::func5" << endl;}
protected:int a = 1;
};
class Derive : public Base
{
public:virtual void func1() { cout << "Derive::func1" << endl; }virtual void func3() {cout << "Derive::func1" << endl;}void func4() { cout << "Derive::func4" << endl;}
protected:int b = 2;
};int main()
{Base b;Derive d;return 0;}

这可以根据在内存中栈，静态区，堆，常量区对比地址来确定这个虚函数表的地址大概在什么地方：

int main()
{Base b1;Base b2;Derive d1;Derive d2;d1.Func1();list<int> lt = { 1,2,3,4,5,6 };int i = 0;static int j = 1;int* p1 = new int;const char* p2 = "xxxxxxxx";printf("栈:%p\n", &i);printf("静态区:%p\n", &j);printf("堆:%p\n", p1);printf("常量区:%p\n", p2);Base b;Derive d;Base* p3 = &b;Derive* p4 = &d;printf("Base虚表地址:%p\n", *(int*)p3);printf("Derive虚表地址:%p\n", *(int*)p4);printf("虚函数地址:%p\n", &Base::Func1);printf("普通函数地址:%p\n", &Base::Func3);return 0;
}

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编程日记 2025/8/3 17:31:08

再探C语言（1）

温馨提示&#xff1a; 学C语言就像玩《掘地求升》——你以为懂了语法就能通关&#xff1f; 不&#xff01;编译器会用铁锤教你做人&#xff01;(╯‵□′)╯︵┻━┻ &#x1f431;Part 1&#xff1a;sizeofの跨平台迷惑行为 Q1. 不同环境下sizeof(int)的结果 运行环境结果&a…...

编程日记 2025/8/1 9:44:51

#echarts#折线图#饼图

<!DOCTYPE html> <html lang"en"> <head><meta charset"UTF-8"><title>折线图</title> </head> <body><div id"app" style"width:100%;height:100%;"><div id"chart-c…...

编程日记 2025/8/2 21:22:30

Three.js世界中的三要素：场景、相机、渲染器

一、Three.js简介 Three.js是一个基于WebGL的JavaScript库&#xff0c;它允许开发者在网页上创建和显示复杂的3D图形和动画&#xff0c;而无需用户安装任何额外的插件或软件。Three.js在Web开发中的地位非常重要&#xff0c;它通过提供简单直观的API&#xff0c;极大地降低了3…...

编程日记 2025/7/31 12:39:10

nginx5天时间从0到熟练掌握学习计划

要在 5 天内熟练地在项目中使用 Nginx&#xff0c;需要制定一个高效的学习计划&#xff0c;重点学习 Nginx 的核心功能和实际应用。以下是一个详细的学习计划&#xff0c;帮助你从零开始掌握 Nginx。 学习目标 掌握 Nginx 的基本概念和安装方法。能够配置 Nginx 托管静态文件、…...

编程日记 2025/8/2 19:34:58

2Dslam前端分类

文章目录 扫描匹配ICP核心思想具体流程&#xff1a; 似然场核心思想&#xff1a;基本原理&#xff1a;具体流程&#xff1a; 扫描匹配 Scan-to-Scan&#xff08;扫描到扫描&#xff09;匹配 扫描到扫描匹配是最基本的扫描匹配方法&#xff0c;通过比较当前扫描数据与上一扫描数…...

编程日记 2025/8/3 13:43:39

SOFABoot-02-模块化隔离方案

sofaboot 前言 大家好&#xff0c;我是老马。 sofastack 其实出来很久了&#xff0c;第一次应该是在 2022 年左右开始关注&#xff0c;但是一直没有深入研究。 最近想学习一下 SOFA 对于生态的设计和思考。 sofaboot 系列 SOFABoot-00-sofaboot 概览 SOFABoot-01-蚂蚁金…...

编程日记 2025/7/26 4:13:26

Maven环境搭建与配置

1 下载压缩包 官网下载地址： Download Apache Maven – Maven 2 配置系统环境变量 1.x版本配置Maven_HOME2.x版本配置M2_HOME3.x版本配置PATH检查是否配置生效： 打开命令窗口输入：mvn -version 3 配置开发工具IDEA 为什么不使用idea自带的maven插件？ ‌版本兼容性问题‌：I…...

编程日记 2025/8/3 5:15:29

设计模式-结构型模式-组合模式

概述 组合模式 : Composite Pattern : 是一种结构型设计模式。 **它允许你将对象组合成树形结构来表示“部分-整体”的层次结构。** 核心思想&#xff1a; 让单个对象 和 组合对象 实现相同的接口&#xff0c;这样就可以在不区分是单个对象还是组合对象的情况下&#xff0c;以相…...

编程日记 2025/7/31 7:42:36

如何使用jenv工具管理多个JDK版本

一、jenv到底是干啥的&#xff1f; 简单来说&#xff0c;jenv就是专门用来管理多个Java版本的工具。不管是开发、测试&#xff0c;还是生产环境&#xff0c;只要你需要在同一台机器上用不同的Java版本&#xff0c;它都能帮上大忙。比如说&#xff0c;项目A要求JDK 8&#xff0…...

编程日记 2025/7/27 15:52:24

macOS 使用 iconv 转化文件编码

文章目录 使用方式支持的编码类型iconv 更多用法 使用方式 iconv -f GB2312 -t UTF-8 分治算法.txt > 分治算法2.txt 支持的编码类型 可以使用 下面命令 查看编码类型 iconv -lPS : ISO-8859 有很多种分支&#xff0c;iconv 支持 ISO-8859-1、ISO-8859-10&#xff0c;但…...

编程日记 2025/8/4 9:22:25