原创 C++多态（1）

3.  虚函数

    由动态联编支持的多态性称为运行时的多态性或者动态多态性，也就是说同名操作的具体操作对象的过程是在运行过程中完成的。在C++中，可以用虚函数来实现运行时的多态。虚函数是实现运行时多态的一个重要方式，是重载的另一种形式，实现的是动态重载，即函数调用与函数体之间的联系是在运行时建立的，也就是动态联编。

#include<iostream>

using namespace std;

class Animal

{

public:

void sleep()

{

cout << "Animal sleep...." << endl;

}

virtual void breath()

{

cout << "Animal breath..." << endl;

}

};

class Fish:public Animal

{

void breath()

{

cout << "Fish breath...." << endl;

}

};

int main()

{

Fish fh;

Animal *an = &fh;

an->breath();

system("pause");

return 0;

}

  实事上，当将基类中的成员函数breath()声明为虚函数时，编译器在编译的时候发现Animal类中有虚函数，此时编译器会为每个包含虚函数的类创建一个虚表，该表是一个一维数组，在这个数组中存放每个虚函数的地址。上述代码中Animal类和Fish类都包含了一个虚函数breath()，因此编译器会为这两个类分别建立一个虚表。

    当Fish类的fh对象构造完成后，其内部的虚表指针也就被初始化为指向Fish类的虚表。在类型转换后，调用an->breath()，由于an实际上指向的是Fish类的对象，该对象内部的虚表指针指向的是Fish类的虚表，因此最终调用的是Fish类的breath()函数。

下边说明使用派生类对象指针时应注意的问题：

• （1）声明为指向基类对象的指针可以指向它的公有派生类的对象，但不允许指向它的私有派生类的对象；
• （2）允许声明为指向基类对象的指针指向它的公有派生类的对象，但不允许将一个声明为指向派生类对象的指针指向基类的对象；
• （3）声明为指向基类对象的指针，当其指向它的公有派生类对象时，只能直接访问派生类中从基类继承下来的成员，不能直接访问公有派生类中定义的成员。要想访问，可以将基类指针用显式类型转换方式转换为派生类指针。

虚函数可以很好地实现多态，使用时要注意以下的问题：

（1）虚函数的声明只能出现在类函数原型的声明中，不能出现在函数体实现的时候，而且基类中只有保护成员或公有成员才能被声明为虚函数；

（2）在派生类中重新定义虚函数时，关键字virtual可以写可以不写，但是在容易引起混乱的地方，应该写上关键字；

（3）动态联编只能通过成员函数来调用或通过指针、引用来访问虚函数，如果以对象名的形式来访问虚函数，将采用静态联编。

在派生类中重新定义基类中的虚函数，是函数重载的另一种形式，但是它与函数重载有如下区别：

（1）一般的函数重载，要求其函数的参数或参数类型必须有所不同，函数的返回类型也可以不同；

（2）重载一个虚函数时，要求函数名、返回类型、参数个数、参数类型和参数的顺序必须与基类中的虚函数的原型完全相同；

（3）如果仅返回类型不同，其余相同，则系统会给出错误的信息；

（4）如果函数名相同，而参数个数、参数的类型或者参数顺序不同，系统认为是普通的函数重载，虚函数的特性将被丢失。

3.1 多级继承和虚函数

多级继承可以看作是多个单继承的组合，多级继承的虚函数与单继承的虚函数的调用相同，一个虚函数无论被继承多少次，仍保持其虚函数的特性，与继承的次数无关。

#include<iostream>

using namespace std;

class Base

{

public:

virtual ~Base() {};

virtual void func()

{

cout << "Base func..." << endl;

}

};

class Derived1 :public Base

{

public:

void func()

{

cout << "Derived1 func..." << endl;

}

};

class Derived2 :public Derived1

{

public:

void func()

{

cout << "Derived2 func..." << endl;

}

};

void test(Base &b)

{

b.func();

}

int main()

{

Base bobj;

Derived1 d1Obj;

Derived2 d2Obj;

test(bobj);

test(d1Obj);

test(d2Obj);

system("pause");

return 0;

}

在上述代码中，定义了一个多级继承，在基类中定义了虚函数func()，在主函数调用该函数时，不同类创建的对象其调用的函数是不同的，即实现了多态“一个接口，多种实现”的功能。上述代码中在析构函数前加上关键字virtual进行说明，则该析构函数就称为虚析构函数。

使用虚析构函数时，要注意以下两点：

（1）只要基类的析构函数被声明为虚析构函数，则派生类的析构函数无论是否使用virtual关键字进行声明，都自动成为虚函数；

（2）如果基类的析构函数为虚函数，则当派生类未定义析构函数时，编译器所生成的析构函数也为虚函数；

     一般来说，在程序中最好把基类的析构函数声明为虚函数。这将使所有派生类的析构函数自动成为虚函数。这样，如果程序中用delete运算符准备删除一个对象，而delete运算符的操作对象是指向派生类对象的基类指针，系统会调用相应类的析构函数；否则系统会只执行基类的析构函数，而不执行派生类的析构函数，从而可能导致异常发生。

     所以专业的编程人员一般习惯声明虚析构函数，即使基类不需要虚析构函数，也显式地定义一个函数体为空的虚析构函数，以保证在撤销动态存储空间时能得到正确的处理。

      构造函数不能声明为虚函数，这是因为在执行构造函数时类对象还未完全建立过程，当然谈不上函数与类对象的关联。