＜C++＞深度学习多态

目录

一、概念

二、多态的定义及实现

虚函数重写的两个例外：

C++11override 和 rinal

三、抽象类

接口继承和实现继承

四、多态的原理

五、单继承和多继承中的虚函数表

六、继承和多态常见的面试题

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一、概念

概念：通俗来说，就是多种形态，具体点就是去完成某个动作，当不同的对象去完成时会产生不同的状态。

比如买票的例子：

买票对象：普通人、学生、军人

政策：普通人"正常买票"，学生“半价买票”，军人"优先买票"

 以上的买票的例子就是多态的一种体现，不同的对象（普通人，学生，军人），去做买票这一个动作时，会有不同的处理方式。

二、多态的定义及实现

多态是不同继承关系的类对象，去调用同一函数，产生了不同的行为；

比如如下例子：

Student继承了Person

Person对象买全票

Student对象买半票

class Person
{
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "Person::全票" << endl; }
 
public:
	string _name;
	int _age;
};
 
class Student : public Person
{
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "Student::半票" << endl; }
 
public:
	string _name;
	int _age;
};

注意！！！

继承中构成多态还有两个条件：

1.必须通过基类的指针或者引用调用虚函数

2.被调用的函数必须是虚函数，且派生类必须对基类的虚函数进行重写           

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情景1：

构成多态的情况下，基类指针指向不同对象

int main()
{
	Person* p1 = nullptr;
 
	p1 = new Person; // p1先指向基类（Person）对象
	p1->BuyTicket();
 
	p1 = new Student;// p1后指向派生类（Student）对象
	p1->BuyTicket();
 
	return 0;
}

答案：先打印的是“Person::全票”，后打印的是“Student::半票”

解析：在构成多态的条件下，两个派生类的虚函数是进行的重写操作，指用针调用函数，是根据指针指向的对象来进行调用的。（注意：派生类指针不能指向父类，会报错！）

情景2：

不构成多态的情况下，基类指针指向不同对象

（只需要去除虚函数前面的virtual关键字）

int main()
{
	Person* p1 = nullptr;
 
	p1 = new Person; // p1先指向基类（Person）对象
	p1->BuyTicket();
 
	p1 = new Student;// p1后指向派生类（Student）对象
	p1->BuyTicket();
 
	return 0;
}

答案：两次都打印“Person::全票”

解析：如果不构成多态的条件，那么继承后两个派生类的函数是进行覆盖隐藏的关系，指针调用函数只会根据指针的类型来进行调用。（注意：派生类指针不能指向父类，会报错！）

虚函数重写的两个例外：

1. 协变(基类与派生类虚函数返回值类型不同)

class A{};
class B : public A {};
class Person {
public:
 virtual A* f() {return new A;}
};
class Student : public Person {
public:
 virtual B* f() {return new B;}
};

2. 析构函数的重写(基类与派生类析构函数的名字不同)

class Person {
public:
 virtual ~Person() {cout << "~Person()" << endl;}
};
class Student : public Person {
public:
 virtual ~Student() { cout << "~Student()" << endl; }
};
// 只有派生类Student的析构函数重写了Person的析构函数，下面的delete对象调用析构函
数，才能构成多态，才能保证p1和p2指向的对象正确的调用析构函数。否则就会按照指针类型进行调用
int main()
{
 Person* p1 = new Person;
 Person* p2 = new Student;

补充：析构函数编译器会统一处理成一个函数名destructor。

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附加：

C++11override 和 rinal

1. final：修饰虚函数，表示该虚函数不能再被重写

class Person
{
public:
 virtual void Drive() final {}
};
class Student:public Car
{
public:
 virtual void Drive() {cout << "学生" << endl;}
};

2. override: 检查派生类虚函数是否重写了基类某个虚函数，如果没有重写编译报错。

class Person
{
public:
 virtual void Drive() {}
};
class Student:public Car
{
public:
 virtual void Drive() override {cout << "学生" << endl;}
};

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三、抽象类

抽象类又叫接口类

在虚函数后面写上 =0 ，这个函数为纯虚函数。包含纯虚函数的类叫做抽象类（也叫接口 类），抽象类不能实例化出对象，派生类继承后也不能实例化出对象，只有重写纯虚函数，派生 类才能实例化出对象。纯虚函数规范了派生类必须重写，另外纯虚函数更体现出了接口继承

class Person
{
public:
	virtual void BuyTicket() = 0 {} // 纯虚函数
 
public:
	string _name;
	int _age;
};
 
class Student : public Person
{
public:
	void BuyTicket() { cout << "Student::半票" << endl; } // 必须重写
 
public:
	string _name;
	int _age;
};
 
int main()
{
    Person s1; // 报错，Person是抽象类无法实例化对象
    Student s1; // 成功，Student已经对基类Person的纯虚函数进行了重写
 
    return 0;
}

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接口继承和实现继承

普通函数的继承是一种实现继承，派生类继承了基类函数，可以使用函数，继承的是函数的实现。虚函数的继承是一种接口继承，派生类继承的是基类虚函数的接口，目的是为了重写，达成 多态，继承的是接口。所以如果不实现多态，不要把函数定义成虚函数。

四、多态的原理

多态是如何实现的呢？我们来深究一下底层，我们看相应的汇编代码；

先将答案抛出来：通过virtual实现的多态，本质是在类中创建了一个指向虚表的函数指针数组指针，虚表就是函数指针数组。

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那么虚表中存放的是什么呢？

虚表中存放的是地址，实现多态时，去指向的对象的虚表中通过这些地址找到函数进行调用（进行调用）；

普通调用，编译链接时，确认函数地址，运行时直接调用（普通调用）; 

值得注意的是：

如果派生类虚函数没有进行重写，那么父子类的虚表存放的是同一个函数的地址。

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五、单继承和多继承中的虚函数表

 解释为什么多继承时，都是基类Derive的func1函数，两个虚表却有不同的地址？

答案：偏移量的影响。其实调用的都是同一个地址的函数，只是指针偏移不同

• 普通/单继承函数调用：

我们先观察普通函数的调用，当程序运行到ptr1->func1()后，观察汇编代码；

重点在call指令，call后跳转到eax寄存器中存放的地址处；

再到下一条jmp指令，jmp后跳转到Derive::func1函数的地址处；

然后再是进行函数的栈帧压栈创建运行；

• 多态函数调用：

 我们观察多态函数的调用，当程序运行到ptr2->func1()后，观察汇编代码；

注意call指令，call后执行代码跳转到eax中的地址处；

然后到了第一次jmp指令，jmp后代码第一次跳转对于Derive::func1；

然后到了第二次jmp指令，在这之前进行偏移量的加减，jmp后代码第二次跳转对于Derive::func1；

然后到了第三次jmp指令，jim后代码最终跳转到Derive::func1函数的地址处执行；

六、继承和多态常见的面试题

1.  inline函数可以是虚函数吗？答：可以，不过编译器就忽略inline属性，这个函数就不再是 inline，因为虚函数要放到虚表中去。
2.  静态成员可以是虚函数吗？答：不能，因为静态成员函数没有this指针，使用类型::成员函数 的调用方式无法访问虚函数表，所以静态成员函数无法放进虚函数表。
3.  构造函数可以是虚函数吗？答：不能，因为对象中的虚函数表指针是在构造函数初始化列表 阶段才初始化的。
4.  析构函数可以是虚函数吗？什么场景下析构函数是虚函数？答：可以，并且最好把基类的析 构函数定义成虚函数。
5.  对象访问普通函数快还是虚函数更快？答：首先如果是普通对象，是一样快的。如果是指针 对象或者是引用对象，则调用的普通函数快，因为构成多态，运行时调用虚函数需要到虚函 数表中去查找。
6.  虚函数表是在什么阶段生成的，存在哪的？答：虚函数表是在编译阶段就生成的，一般情况 下存在代码段(常量区)的。
7.  抽象类的作用？答：抽象类强制重写了虚函数，另外抽 象类体现出了接口继承关系。