11、虚函数、多态、纯虚函数

11、虚函数、多态、纯虚函数

  • 虚函数
    • 覆盖
    • 调用
  • 多态
    • 实现多态的两个必要条件
    • 多态 和 this指针
    • 多态的实现:虚函数表
    • 虚函数表与动态绑定
      • 动态绑定
      • 动态绑定对性能的影响
  • 纯虚函数
    • 抽象类
    • 纯抽象类

虚函数

形如class 类名{
virtual 返回值 函数名(形参表) { … }
};
的成员函数,称为虚函数或方法

覆盖

如果子类的成员函数和基类的虚函数具有相同的函数签名,那么该成员函数就也是虚函数,无论其是否带有virtual关键字。
与基类的虚函数构成覆盖关系

调用

通过基类类型指针调用虚函数

  • 如果基类型指针指向基类对象,则调用基类的原始版本虚函数。
  • 如果基类型指针指向子类对象,则调用子类的覆盖版本虚函数。

多态

  • 如果子类提供了对基类虚函数的有效覆盖,那么通过一个基类型指针( 指向子类对象 ),或者基类型引用( 引用子类对象 )调用该虚函数,实际被调用的将是子类中的覆盖版本,而非基类中的原始版本,这种现象称为多态
  • 多态的重要意义在于,
    • 一般情况下,调用哪个类的成员函数是由指针或引用本身类型决定的
    • 而当多态发生时,调用哪个类的成员函数是由指针或引用的实际目标对象类型决定的

实现多态的两个必要条件

  • 需要在基类中定义虚函数,子类提供覆盖版本
  • 必须借助基类型指针 (指向子类对象) 或者基类型引用 (引用子类对象) 调用该虚函数

多态 和 this指针

调用虚函数的指针也可以是基类中的this指针,同样能满足多态的条件,但在构造和析构函数中除外

在这里插入图片描述

多态的实现:虚函数表

在这里插入图片描述

虚函数表与动态绑定

动态绑定

当编译器看到通过指针或引用调用虚函数的语句时,并不急于生成有关函数跳转的指令,相反编译器会用一段代码替代该语句,这段代码在运行时才能被执行,完成如下操作

  1. 确定指针或引用的目标对象所占内存空间
  2. 从目标对象所占内存空间中找到虚表指针
  3. 利用虚表指针找到虚函数表
  4. 从虚函数表中获取所调用虚函数的入口地址
  5. 根据入口地址,调用该函数

动态绑定对性能的影响

  • 虚函数表本身会增加进程内存空间的开销
  • 与普通函数调用相比,虚函数调用要多出几个步骤,会增加运行时间的开销
  • 动态绑定会妨碍编译器通过内联来优化代码
  • 只有在确实需要多态特性的场合才使用虚函数,否则尽量使用普通函数

纯虚函数

形如class 类名{
virtual 返回值 函数名(形参表)=0;
};
的成员函数,称为纯虚函数或抽象方法

抽象类

  • 拥有纯虚函数的类称为抽象类
  • 抽象类不能实例化为对象
  • 抽象类的子类如果不对基类中的全部纯虚函数提供有效的覆盖,那么该子类就也是抽象类

纯抽象类

全部由纯虚函数构成的抽象类称为纯抽象类或接口

// 纯虚函数和抽象类
#include <iostream>
using namespace std;class A{ 
public:virtual void foo() = 0; // 纯虚函数void bar(){}
};class B : public A{
public:void foo(){}
};int main(void){
//  A a;
//  new A;B b;new B;return 0;
}

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