多态的概念多态的定义及实现抽象类多态的原理单继承和多继承关系中的虚函数表继承和多态常见的面试问题

需要声明的下面的代码和解释的哦朴实vs2013x86环境涉及指针是4bytes如果要其他平台下部分代码需要改动。

比如如果是x64程序则需要考虑指针是8bytes问题等等

1.1

多态的概念通俗来说就是多种形态具体点就是去完成某个行为当不同的对象去完成时会产生出不同的状态

还有在线支付市场支付宝经常会用扫红包领奖励金的活动有的人是8块有的人是1毛5毛。

这背后就是一个多态的行为不用支付宝的人需要被鼓励扫码金额就是random%99比如你经常使用支付宝支付或者支付宝账户中常年没钱就不需要太鼓励你random%1.不同的人得到不同的红包这就是一种多态行为

2.1

多态是在不同继承关系的类对象取调用同一函数产生了不同的行为。

比如Student继承了PersonPerson买全价Student就半价

构成多态有两个条件

必须通过基类的指针或引用调用虚函数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重写

2.2

派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数返回值、函数名字、参数列表完全相同子类的虚函数重写了基类的虚函数

class

/*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*/

派生类重写基类虚函数时返回值类型不同基类函数返回基类对象的指针或引用派生类虚函数返回派生类对象的指针或引用时称为协变

class

如果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为virtual关键字都与基类的析构函数构成重写虽然基类和派生类析构函数名字不同看起来违背了规则但其实编译器将析构函数名字统一处理成destructor

class

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。

int

从上面可以看出c对函数重写的要求比较严格但是有些情况下由于疏忽肯呢个会导致字母次序反而无法构成重载这种错误在编译期间是不会报错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c11提供了override和final两个关键字可以帮助用于检测是否重写

class

}2.override检查派生类虚函数是否冲洗了基类的虚函数如果没有重写报错

class

在虚函数的后面写上0这个函数为纯虚函数。

包含虚函数的类叫抽象类也叫接口类抽象类不能实例化对象。

派生类继承后也不能实例化只有重写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了接口继承

class

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适用函数集成的函数的实现。

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不识闲多态不要把函数定义成虚函数

4.1

通过观测发现b对象是8bytes除了成员_b,还有一个_vfptr放在对象前面有些平台可能放在后面跟平台有关对象中的这个指针我们叫虚函数表指针v代表virtualf代表function。

一个含有虚函数的类中至少都有一个虚函数表指针因为虚函数的地址被放到虚函数表中这个表简称续表派生类这个表放了什么

派生类对象d中也有一个虚表指针d对象有两部分组成一部分是父类继承下来的成员虚表指针也就是存在部分的另一部分是自己的成员基类b对象和派生类对象d虚表是不一样的fun1完成了重写d的虚表存的是重写的func1也叫覆盖覆盖就是指虚表中虚函数的覆盖。

重点是语法的叫法覆盖是原理层的叫法另外fun2继承下来后是虚函数所以放进了虚表fun3也继承下来但不是虚函数不会放入虚表虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组一般情况数组最后面放了一个nullptr总结一下派生类的虚表生成a.先将基类中的虚表内容拷贝一份到派生类虚表中

b.如果派生类重写了积累中某个虚函数用派生类自己的虚函数覆盖虚表中基类的虚函数

c.派生类自己增加的虚函数按其在派生类中的声明次序增加到派生类虚表的最后这里还有一个容易混淆的问题虚函数存在哪虚表存在哪。

虚表存的是虚函数的指针但函数本体仍然是存在代码段的对象中存的也是虚表指针虚表存在哪可以验证一下

typedef

funtable((*(FPTR**)d));上面可以打印出虚函数表有哪些虚函数和地址

int

xxxxxxxxxxxxxxxxxx;printf(栈对象%p\n,

x);

分析了半天多态的原理是什么还记得fun函数传Person调用的是Personbuyticket传student调student的buyticket函数

class

}观察下图红色箭头看到p是指向mike对象时p-buyticket在mike的虚表中找到虚函数是Personbuyticket观察下面的蓝色箭头看到p是指向johnson对象时p-buyticket在johnson虚表中找到虚函数是studentbuyticket要达到多态有两个条件一个是虚函数覆盖一个是父对象的指针或引用调用虚函数为什么通过汇编分析满足多态以后得函数调用不是在编译时确定的是运行起来后对象中取来的。

不满足多态的函数调用时编译确认好的

void

[eax]就是取eax值指向的内容这里相当于把mike对象头4个字节(虚表指针)移动到了edx

001940E1

[edx]就是取edx值指向的内容这里相当于把虚表中的头4字节存的虚函数指针移动到了eax

00B823EE

eax中存虚函数的指针。

这里可以看出满足多态的调用不是在编译时确定的是运行起来

001940EA

首先BuyTicket虽然是虚函数但是mike是对象不满足多态的条件所以这里是普通函数的调

用转换成地址时是在编译时已经从符号表确认了函数的地址直接call

mike.BuyTicket();

1.静态绑定右成前期绑定早绑定在程序编译器间确定了程序的行为称为静态多态如函数重载

2.动态绑定称后期绑定晚绑定是程序运行期间根据具体拿到的类型确定程序的具体行为调用具体的函数称为动态多态

需要注意的是单继承和多继承关系中下面我们去关注的是派生类对象的虚表模型因为基类的虚表模型前面已经看过了

5.1

};观察下面中的监视窗口中我们发现看不见func3和func4编译器的窗口故意隐藏了这两个函数也可以认为是小bug那么如何看虚表呢用上面的代码打印这两个函数

typedef

依次取虚表中的虚函数指针打印并调用。

调用就可以看出存的是哪个函数cout

虚表地址

思路取出b、d对象的头4bytes就是虚表的指针前面我们说了虚函数表本质是一个存虚函数

2.再解引用取值就取到了b对象头4bytes的值这个值就是指向虚表的指针

3.再强转成VFPTR*因为虚表就是一个存VFPTR类型(虚函数指针类型)的数组。

5.需要说明的是这个打印虚表的代码经常会崩溃因为编译器有时对虚表的处理不干净虚表最

后面没有放nullptr导致越界这是编译器的问题。

我们只需要点目录栏的-生成-清理解决方案再

vTableb

(VFPTR*)(*(int*)b);PrintVTable(vTableb);VFPTR*

vTabled

(VFPTR*)(*(int*)d);PrintVTable(vTabled);return

}5.2

(VFPTR*)(*(int*)d);PrintVTable(vTableb1);VFPTR*

vTableb2

(VFPTR*)(*(int*)((char*)dsizeof(Base1)));PrintVTable(vTableb2);return

}可以看出,多继承派生类的未重写的虚函数放在第一个继承基类部分的虚函数表中

5.3

十几种不建议菱形继承和菱形虚拟继承一个是复杂太容易出问题另一方面这样的模型访问基类成员有一定性能损耗。

所以菱形继承菱形继承继承虚表不看了一般也不需要研究清楚实际中很少用想了解下面有两篇链接

虚函数表解析

)是面向对象程序设计语言中的一种机制。

这种机制实现了方法的定义与具体的对象无关

A继承允许我们覆盖重写父类的实现细节父类的实现对于子类是可见的是一种静态复

用也称为白盒复用

B组合的对象不需要关心各自的实现细节之间的关系是在运行时候才确定的是一种动

态复用也称为黑盒复用

D继承可以使子类能自动继承父类的接口但在设计模式中认为这是一种破坏了父类的封

A一个类只能有一张虚表

B基类中有虚函数如果子类中没有重写基类的虚函数此时子类与基类共用同一张虚表

D一个类的不同对象共享该类的虚表假设A类中有虚函数B继承自AB重写A中的虚函数也没有定义任何虚函数则

AA类对象的前4个字节存储虚表地址B类对象前4个字节不是虚表地址

DA类和B类虚表中虚函数个数相同但A类和B类使用的不是同一张虚表下面程序输出结果是什么?

#includeiostream

可以不过inline函数本身是在定义出展开没有地址不能加到虚函数表里。

所以会忽略inline属性不再内联加入到虚函数表里

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

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

如果是普通对象是一样快的如果是指针对象或者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查找