c++ 如何实现多态

于 2013-04-15 22:05:56 发布
阅读量894 收藏
点赞数
分类专栏： C++编程
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <ostream>
#include <string>

using std::cerr;
using std::cout;
using std::string;

//实覆盖
class A1
...{
public:
    A1(string const& name) : m_Name(name) ...{cout << getName() << "A1::A1() ";}
    ~A1() ...{cout << getName() << "A1::~A1() ";}
    void print() const ...{cout << getName() << "A1::print() ";}
protected:
    string const& getName() const ...{return m_Name;}
private:
    string m_Name;
};

class A2 : public A1
...{
public:
    A2(string const& name) : A1(name) ...{cout << getName() << "A2::A2() ";}
    ~A2() ...{cout << getName() << "A2::~A2() ";}
    void print() const ...{cout << getName() << "A2::print() ";}
};

//虚覆盖
class B1
...{
public:
    B1(string const& name) : m_Name(name) ...{cout << getName() << "B1::B1() ";}
    virtual ~B1() ...{cout << getName() << "B1::~B1() ";}
    virtual void print() const ...{cout << getName() << "B1::print() ";}
protected:
    string const& getName() const ...{return m_Name;}
private:
    string m_Name;
};

class B2 : public B1
...{
public:
    B2(string const& name) : B1(name) ...{cout << getName() << "B2::B2() ";}
    virtual ~B2() ...{cout << getName() << "B2::~B2() ";}
    virtual void print() const ...{cout << getName() << "B2::print() ";}
};

//虚覆盖，并使用实析构函数（这是个错误）
class C1
...{
public:
    C1(string const& name) : m_Name(name) ...{cout << getName() << "C1::C1() ";}
    ~C1() ...{cout << getName() << "C1::~C1() ";}
    virtual void print() const ...{cout << getName() << "C1::print() ";}
protected:
    string const& getName() const ...{return m_Name;}
private:
    string m_Name;
};

class C2 : public C1
...{
public:
    C2(string const& name) : C1(name) ...{cout << getName() << "C2::C2() ";}
    ~C2() ...{cout << getName() << "C2::~C2() ";}
    virtual void print() const ...{cout << getName() << "C2::print() ";}
};

//分开各部分的输出
void printLine(unsigned int height = 1, unsigned int length = 20,
                char ch = '-', std::ostream& out = cout)
...{
    const string LINE(length, ch);

    for (; height != 0; --height)
    ...{
    //在out上输出一行ch
        std::copy(LINE.begin(), LINE.end(), std::ostream_iterator<char>(out));
        out << ' ';
    }
}

//测试
int main()
...{
    try
    ...{
    //实覆盖
        cout << "Real override 1: ";
        ...{
            printLine();
            A1 a1("a1.");
            printLine();
            A2 a2("a2.");
            printLine(2);

            a1.print();
            printLine();
            a2.print(); //调用的是a2.A2::print()
            printLine();
            static_cast<A1>(a2).print();
            //上句调用A1::A1(A1&)或A1::A1(A1 const&)生成一个临时的A1类的变量
            //然后这个临时变量调用A1::print()
            //在脱离作用域后（该语句结束时）将调用A1::~A1()
            //其余见注释4
            printLine();
            a2.A1::print(); //不同于上句，此处不调用析构函数

            printLine(2);
        } //超出作用域，调用析构函数；下面也按照同样的格式使用花括号

        printLine(3);

        //使用指针实现实覆盖，可能会产生错误
        cout << "Real override 2: ";
        ...{
            printLine();
            A1* pa1 = new A1("pa1->");
            printLine();
            A1* pa2 = new A2("pa2->"); //注意是基类的指针
            printLine();
            A2* pa3 = new A2("pa3->");
            printLine();
            A2 a4("a4.");
            A1* pa4 = &a4; //注意是基类的指针
            A1& ra2 = *pa2; //注意是基类的引用   
            printLine(2);

            pa1->print(); //未检查指针，因为出错时new会抛出异常
            printLine();
            pa2->print(); //调用的是pa2->A1::print()
            printLine();
            pa3->print(); //调用的是pa3->A2::print()
            printLine();
            pa4->print(); //调用的是a4.A1::print()，即pa4->A1::print()
            printLine();
            ra2.print();
            printLine(2); //调用的是pa2->A1::print()

            delete pa1;
            printLine();
            delete pa2; //错误，(*pa2).A2::~A2()不会被调用
            printLine();
            delete pa3;
            printLine();
            pa1 = NULL;
            pa2 = NULL;
            pa3 = NULL;
            pa4 = NULL; //pa4不是new出来的，不用delete
        }

        printLine(3);

        //下面不再重复实覆盖中一些相同的测试

        //虚覆盖
        cout << "Virtual override 1: ";
        ...{
            printLine();
            B1 b1("b1.");
            printLine();
            B2 b2("b2.");
            printLine();

            b1.print();
            printLine();
            b2.print(); //调用的是b2.B2::print()，同实函数一样
            printLine();
        }

        printLine(3);

        cout << "Virtual override 2: ";
        ...{
            printLine();
            B1* pb1 = new B1("pb1->");
            printLine();
            B1* pb2 = new B2("pb2->"); //注意是基类的指针
            printLine();
            B1& rb2 = *pb2; //注意是基类的引用
            printLine();

            pb1->print();
            printLine();
            pb2->print(); //调用的是pb2->B2::print()
            printLine();
            rb2.print(); //调用的是pb2->B2::print()
            printLine();

            delete pb1;
            printLine();
            delete pb2;
            pb1 = NULL;
            pb2 = NULL;
        }

        printLine(3);

        //虚覆盖，并使用实析构函数（这是个错误）
        cout << "Virtual override 1, using real destruction: ";
        ...{
            printLine();
            C1 c1("c1.");
            printLine();
            C2 c2("c2.");
            printLine(2);

            c1.print();
            printLine();
            c2.print();
            printLine(2);
        }

        printLine(3);

        cout << "Virtual override 2, using real destruction: ";
        ...{
            printLine();
            C1* pc1 = new C1("pc1->");
            printLine();
            C1* pc2 = new C2("pc2->"); //注意是基类指针
            printLine(2);

            pc1->print();
            printLine();
            pc2->print(); //pc2->C2::~C2()不会被调用
            printLine(2);

            delete pc1;
            printLine();
            delete pc2;
            cout << std::endl;
            pc1 = NULL;
            pc2 = NULL;
        }

        return 0;
    }
    catch (std::bad_alloc&)
    //如果内存不够，new抛出std::bad_alloc
    //似乎在VC++下永远不会抛出该异常，但也不会出错；在g++等编译器中则会抛出该异常
    ...{
        cerr << " No enough memory! ";
        return 1;
    }

    catch (...)
    ...{
        cerr << " 发现未知异常，也许你人品有问题。";
        return 2;
    }
}
结论：

1.通过对象直接调用成员函数时，始终默认使用该对象的类的成员函数（除非用::显示指定类名）。

2.通过指向对象的指针或引用调用成员函数时：
如果该函数是实函数，则调用该指针或引用的类的成员函数；
如果该函数是虚函数，则调用该指针或引用指向的对象的类的成员函数。

3.基类析构函数在此情况下必须为虚函数（此时，其派生类的析构函数也将是虚函数）：
用new来创建派生类对象，并且delete时使用的指针为基类的指针。
若为实析构函数，则派生类部分的成员将不会被析构。

4.若未定义复制构造函数，不要将一个派生类对象强制类型转换为基类对象。
因为若未显式定义复制构造函数，则编译器会生成一个默认的复制构造函数。
然而这个默认的复制构造函数将不会做你希望做的其他的事，如：
如果要在构造函数中维护一个类对象的计数器，则这个函数不会导致计数器增加；
如果要在构造函数中new一个对象，则这个函数也不会new该有的对象。
这个默认的复制构造函数进行的是浅拷贝，使用的成员都是原来的对象的。
因此这个临时对象在析构时，delete的是原来的对象new出来的对象；
而原来的对象在析构时将再次delete这个对象；这属于未定义行为，可能引起程序崩溃。
并且，即使在析构函数中，在delete这个对象后，将指向这个对象的指针赋值为NULL也无效；
因为更改的是临时对象的指针，而原对象的指针仍指向那个被delete了的对象。

关于第4点的结论，我实际上是写了另一个测试代码证明的。
不过那个测试代码在最后一次测试时被我改得太乱了，就不给出了。
有兴趣的可以将A1和A2类添加静态的对象计数器、对象指针和复制构造函数，再自己去研究。
我在VC++6.0 SP6上测试时，debug和release模式下运行状态居然不同（前者崩溃，后者看上去正常）。
然而我一直没太多时间好好研究它，问了好多人却没人给出正确回答。
最后我只好自己跟踪反汇编代码了。能得出上述的结论，还得感谢VC++的调试器。

附:原理阐述

c＋＋的编译器是怎么识别这个指针指向派生类的对象的？
例如：
class A {
   int i;
   int j;
   virtual void function(){
       cout<<"this is class a"<<endl;
   }
  
};

class B :public A
{ 
   int k；
   void function()
   {
      cout<<"this is class b"<<endl;
    }
};


void main()
{
    A* pa;
    A a；
    pa=&a;
    pa->function();
    B b;
    pa=&b;
    pa->function();
}
类A的对象块的空间大小是和类B的对象块的大小一样吗？

 

类A的对象块的空间大小和类B的对象块的空间大小不一样。就此代码，32位
环境中，A的对象12字节（两个int一个虚表指针），B的对象16字节（三个int一个
虚表指针）。

把&b赋值给pa之前，b的空间已经分配好了16字节。所谓“把&b赋值给pa”，只
不过是把那16字节的首地址保存在pa中，所以把&b赋值给pa之后，pa指向的空间
大小是16字节，而不是12字节。只是因为pa的类型为A*，所以用pa->的形式只可以
访问到b中属于从A继承的部分，而不能访问到B增加的部分。

通过指针访问成员实际上要计算一个该成员在对象中的偏移。然后用指针中的地址
加上这个偏移就访问到了成员。
 
虚函数的实质是每个对象中有一个指针 ,指向一个表，表中依次存放了虚函数的地址。
这个表我们叫他虚表。
 当我们用pa->function();这样的形式调用一个虚函数，编译器实际上隐式做了一些
 转换，先通过虚表指针找到虚表，再在虚表中找到虚函数指针，最后通过虚函数指针
 调用虚函数。

 一个虚函数指针在基类的虚表中的位置和  在派生类的虚表中的位置是相同的。派生类
 改写一个虚函数意味着增加一段函数代码，同时派生类的虚表中对应的虚函数指针更改
 为指向新增加的代码。

 指针的类型只是决定了访问成员时计算偏移的方式和大小，而指针不管指向基类还是派生
 类，调用一个虚函数所需要的偏移是一样的，只是内容不一样，从而导致不同的形为。

评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值