本文概述
本文介绍了多态性和虚函数的概念, 以及它们在继承中的使用。
我们将介绍以下内容
- 定义
- 没有虚函数
- 使用虚函数
定义：
- 虚函数是在基类中使用关键字virtual声明并由派生类重新定义(重写)的成员函数。
- 术语多态性意味着采取多种形式的能力。如果存在通过继承相互关联的类的层次结构，则会发生这种情况。
类层次结构
注意：在C++中, 这意味着如果我们调用成员函数, 则可能导致执行不同的函数, 具体取决于调用它的对象类型。
考虑将下面的简单程序作为运行时多态性的示例。关于这个程序要注意的主要事情是，派生类的函数是使用基类指针调用的。
虚函数的调用是根据指向或引用的对象实例的类型，而不是根据指针或引用的类型。
换句话说, 虚函数在运行时被延迟解析。
现在, 我们来看一个使用这两个概念的示例, 以阐明你的理解。
C++
#include <iostream>
using namespace std;
// Base class
class Shape
{
public :
Shape( int l, int w)
{
length = l;
width = w;
} // default constructor
int get_Area()
{
cout << "This is call to parent class area" << endl;
}
protected :
int length, width;
};
// Derived class
class Square : public Shape
{
public :
Square( int l = 0, int w = 0)
: Shape(l, w)
{
} // declaring and initializing derived class
// constructor
int get_Area()
{
cout << "Square area: " << length * width << endl;
return (length * width);
}
};
// Derived class
class Rectangle : public Shape
{
public :
Rectangle( int l = 0, int w = 0)
: Shape(l, w)
{
} // declaring and initializing derived class
// constructor
int get_Area()
{
cout << "Rectangle area: " << length * width
<< endl;
return (length * width);
}
};
int main( void )
{
Shape* s;
Square sq(5, 5); // making object of child class Sqaure
Rectangle rec(
4, 5); // making object of child class Rectangle
s = &sq;
s->get_Area();
s = &rec;
s->get_Area();
return 0;
}输出如下
This is call to parent class area
This is call to parent class area在以上函数中：
- 我们存储每个子类的地址长方形和广场对象在s和
- 然后我们称get_Area()函数,
- 理想情况下, 它应该已经get_Area()子类的函数, 但
- 相反, 它称为get_Area()在基类中定义。
- 发生这种情况是由于静态链接, 这意味着调用get_Area()由基类中的编译器仅设置一次。
有什么用？
虚函数使我们可以创建基类指针列表和任何派生类的调用方法, 而无需知道派生类对象的种类。
例如：考虑组织的员工管理软件。
让代码有一个简单的基类Employee，该类包含虚拟函数，如raiseSalary()、transfer()、promote()等。不同类型的雇员，如Manager、Engineer等，可能有自己的基类Employee中虚拟函数的实现。
在我们完整的软件中，我们只需要到处传递一个员工列表，并调用适当的函数，甚至不知道员工的类型。例如，我们可以通过遍历员工列表轻松地提高所有员工的工资。每种类型的雇员在其类中都可能有自己的逻辑，但我们不需要担心它们，因为如果针对特定的雇员类型出现了raiseSalary()，则只会调用该函数。
CPP
class Employee {
public :
virtual void raiseSalary()
{
/* common raise salary code */
}
virtual void promote() { /* common promote code */ }
};
class Manager : public Employee {
virtual void raiseSalary()
{
/* Manager specific raise salary code, may contain
increment of manager specific incentives*/
}
virtual void promote()
{
/* Manager specific promote */
}
};
// Similarly, there may be other types of employees
// We need a very simple function
// to increment the salary of all employees
// Note that emp[] is an array of pointers
// and actual pointed objects can
// be any type of employees.
// This function should ideally
// be in a class like Organization, // we have made it global to keep things simple
void globalRaiseSalary(Employee* emp[], int n)
{
for ( int i = 0; i < n; i++)
// Polymorphic Call: Calls raiseSalary()
// according to the actual object, not
// according to the type of pointer
emp[i]->raiseSalary();
}与globalRaiseSalary()类似，可以在不知道对象实例类型的情况下对一组员工执行许多其他操作。
虚函数非常有用，Java等后来的语言默认将所有方法都保持为虚函数。
编译器如何执行运行时解析？
编译器维护两件事来实现此目的：
- vtable：每个类维护的函数指针表。
- vptr：指向vtable的指针, 针对每个对象实例进行维护(请参见这个例如)。
编译器在两个地方添加了额外的代码来维护和使用vptr。
1)每个构造函数中的代码。这段代码设置要创建的对象的vptr。这段代码将vptr设置为指向类的虚函数表。
2)带有多态函数调用的代码(如上面代码中的bp->show())。无论在哪里进行多态调用，编译器都会先插入代码，使用基类指针或引用来查找vptr(在上面的例子中，因为指向或引用的对象是派生类型的，所以要访问派生类的vptr)。一旦获取了vptr，就可以访问派生类的虚函数表。使用vtable访问和调用派生类函数show()的地址。
这是在C++中实现运行时多态性的标准方法吗？
C++标准没有明确规定必须如何实现运行时多态性, 但是编译器通常在同一基本模型上使用较小的变体。
参考文献：
http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_method_table
http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_function
http://www.drbio.cornell.edu/pl47/programming/TICPP-2nd-ed-Vol-one-html/Frames.html
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