深入解析c++中多態(tài)性和虛函數(shù)使用原理

1.為什么需要virtual

按照java的思維方式，在有了繼承和向上類型轉(zhuǎn)換(upcasting)之后，就可以實現(xiàn)多態(tài)性了。但是在c++中似乎并不能orz?？紤]這種情況：

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
class a{
public:
void f() const{
  cout<<"class a's function"<<endl;
}
};
class b : public a{
public:
void f() const{
  cout<<"class b's function"<<endl;
}
};
int main(){
b b;
a *ptr_a = &b;
a &ref_a = b;
ptr_a->f();//print: class a's function
ref_a.f();//print: class a's function
}

在使用基類指針或引用調(diào)用一個派生類對象的函數(shù)時，我們發(fā)現(xiàn)程序仍然在調(diào)用基類的函數(shù)，要想解決這種情況，就要引入virtual關(guān)鍵字，將上面代碼里的class a修改如下，main中的輸出就變成類b中f()的輸出了。

class a{
public:
virtual void f() const{
  cout<<"class a's function"<<endl;
}
};

那么為什么java不需要呢？因為virtual關(guān)鍵字實現(xiàn)功能的同時，會增加該類一些操作的時間和空間占用，c++將這部分占用的優(yōu)化決定權(quán)交給了程序員，以實現(xiàn)可能的效率提高；而java內(nèi)置了virtual的機(jī)制，沒有提高效率的選擇，但是簡化了編程。(關(guān)于virtual的具體機(jī)制，建議參考thinking in c++)

有兩點(diǎn)需要注意的：

• 第一、當(dāng)使用基類指針指向派生類時，無法通過基類指針直接調(diào)用派生類中增加的函數(shù)（基類中沒有同名虛函數(shù)），除非將基類指針強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換為派生類指針。
• 第二、只能通過基類指針或者引用來調(diào)用派生類對象，如果我們將一個派生類對象通過值傳遞的方式傳遞給基類對象，這個對象被真的切成一個基類對象，而不具有任何派生類的內(nèi)容。

2.純虛函數(shù)和抽象類

在類設(shè)計時，常常希望基類僅僅作為派生類的一個接口，被繼承實現(xiàn)，而不會去創(chuàng)建基類對象，這時，可以在基類中定義純虛函數(shù)，使其成為一個抽象類。定義純虛函數(shù)語法是在一個虛函數(shù)聲名的基礎(chǔ)上，加上=0。例如：virtual void f() = 0;注意：當(dāng)繼承一個抽象類時，必須實現(xiàn)其所有的純虛函數(shù)，否則繼承出的類也是一個抽象類。

一般情況下，在基類中我們不會對純虛函數(shù)進(jìn)行實現(xiàn)，但是c++提供了實現(xiàn)純虛函數(shù)的機(jī)制，這種方法可以讓我們定義一段公共代碼，使派生類可以公用。

class a{
public:
virtual void do() = 0; 
};
/*
*純虛函數(shù)不能作為inline函數(shù)實現(xiàn)，要放在類外！
*/
void a::do(){
//一些公共代碼
}
class b : public a{
public:
void do() {
  a::do();
  //其他代碼
}
};

3.構(gòu)造函數(shù)與虛函數(shù)

如上文所說，定義一個虛函數(shù)時，需要做一些額外的工作，完成這些工作的代碼其實被秘密插入到類構(gòu)造函數(shù)的開頭部分。那么就有一個問題，如果我們在構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用虛函數(shù)會發(fā)生什么現(xiàn)象？答案是，會調(diào)用這個虛函數(shù)的本地版本，即虛函數(shù)機(jī)制在構(gòu)造函數(shù)中不工作。
另外，構(gòu)造函數(shù)也不能被定義為虛函數(shù)。

4.虛析構(gòu)函數(shù)與純虛析構(gòu)函數(shù)

構(gòu)造函數(shù)不能被定義為虛函數(shù)，而析構(gòu)函數(shù)可以，并且經(jīng)常被定義為虛函數(shù)。

#include<iostream>
using namespace std;
class base1{
public:
~base1(){cout<<"~base1()"<<endl;}
};
class base2{
public:
virtual ~base2(){cout<<"~base2()"<<endl;}
};
class derived1 : public base1{
public:
~derived1(){cout<<"~derived1()"<<endl;}
};
class derived2 : public base2{
public:
~derived2(){cout<<"~derived2()"<<endl;}
};
int main(){
base1* pd1 = new derived1();
base2* pd2 = new derived2();
delete pd1;
delete pd2;
}

上面代碼的控制臺輸出：

~base1()
~derived2()
~base2()

上面的代碼暴露出在使用多態(tài)性時，不把析構(gòu)函數(shù)定義成虛函數(shù)所帶來的影響。這種錯誤不會立刻使程序崩潰，但是它不知不覺中使內(nèi)存泄漏。

5.純虛析構(gòu)函數(shù)的應(yīng)用

在一些時候，我們需要定義一個抽象類，但是剛好沒有其他純虛函數(shù)，這時候我們不妨將析構(gòu)函數(shù)定義為純虛的，因為作為基類的析構(gòu)函數(shù)本來就要求為虛函數(shù)，將其進(jìn)一步定義為純虛函數(shù)并無太大不同。唯一需要注意的是，定義純虛析構(gòu)函數(shù)時必須為其提供函數(shù)體，如下。

class a{
public:
virtual ~a() = 0;
};
a::~a(){ }

class b:public a{
//不一定需要重定義析構(gòu)函數(shù)，根據(jù)需要
}

還要注意一點(diǎn)，在析構(gòu)函數(shù)中，虛機(jī)制也是不存在的，可通過下面的代碼體會。

#include<iostream>
using namespace std;
class base{
public:
virtual ~base(){cout<<"~base()"<<endl;f();}
virtual void f(){cout<<"base::f()"<<endl;}
};
class derived : public base{
public:
~derived(){cout<<"~derived()"<<endl;}
void f(){cout<<"derived::f()"<<endl;}
};
int main(){
base * pb = new derived();
delete pb;
}

控制臺輸出為：

~derived()
~base()
base::f()

以上就是深入解析c++中多態(tài)性和虛函數(shù)使用原理的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于c++多態(tài)性虛函數(shù)的資料請關(guān)注碩編程其它相關(guān)文章！