C++多态

4.1
C++多态----------“一个接口，多种方法”
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导航：
     1、多态性
     2、C++纯虚函数和抽象类
     3、typeid运算符
     4、RTTI机制


1、*多态性-----“一个接口，多种方法”
       -----程序在运行时才决定调用的函数，它是面向对象编程            领域的核心概念。
多态（polymorphism）------字面意思是  多种形状


2、C++多态性是通过虚函数来实现的，虚函数允许子类重新定义成员函数，而子类重新定义父类的做法称为遮蔽或者重写。
---可以理解为：子类可以重新定义父类成员函数，重新定义有两种，一种是之前学的函数重载，这一种通过名称相同但是参数不同，属于一种静态的多态（也可以说没有体现出多态性）。另一种重新定义的方法是重新定义虚函数，这体现了C++的多态性。


3、需要说明的是，多态性体现在“向上转型”这个时候，最常用的用法是声明基类的指针，利用该指针指向一个派生类对象，（也就是向上转型），调用相应的虚函数，可以根据指向的派生类的不同而实现不同的方法。


   提一下：引用也可以实现多态，但是引用一开始就要赋初值并且要从一而终，几个对象就要几个引用，不灵活。


4、
   为了方便，可以只将基类中的函数声明为虚函数，这样所有类中具有遮蔽关系的同名函数都将自动称为虚函数。------就是子类也具有传递性，虚函数也会传递。


   当在基类中定义了虚函数时，如果派生类没有定义新的函数来遮蔽次函数，那么将使用基类的虚函数。
   
   只有派生类的虚函数遮蔽基类的虚函数（函数原型相同）才能构成多态（通过基类指针访问派生类函数）。例如基类虚函数的原型为virtual void func();，派生类虚函数的原型为virtual void func(int);，那么当基类指针 p 指向派生类对象时，语句p -> func(100);将会出错，而语句p -> func();将调用基类的函数。


   构造函数不能是虚函数。对于基类的构造函数，它仅仅是在派生类构造函数中被调用，这种机制不同于继承。也就是说，派生类不继承基类的构造函数，将构造函数声明为虚函数没有什么意义。


   析构函数可以声明为虚函数，而且有时候必须要声明为虚函数。


5、构成多态的条件：
   1、必须存在继承关系 
   2、继承关系中必须有同名虚函数，并且他们是遮蔽函数。（原      型相同，包括参数）
   3、存在基类的指针，通过该指针调用虚函数


6、C++纯虚函数和抽象类
   
   语法格式为：
         virtual 返回值类型 函数名 （函数参数） = 0；


   纯虚函数没有函数体，只有函数声明，在这个虚函数结尾加上=0，表示此函数是纯虚函数，但是不表示函数返回值为0，只是形式上的作用，告诉编译系统这是纯虚函数。
  
   包含纯虚函数的类称为“抽象类”（Abstract Class）.
----因为它无法实例化，也就是无法创建对象。原因很明显，纯虚函数没有函数体，不是完整的函数，无法调用，也无法为其分配内存空间。
   抽象类通常是作为基类，让基类区实现纯虚函数，派生类必须实现纯虚函数才能被实例化。
   
   需要注意的是，如果基类有两个纯虚函数，派生类中只定义了一个纯虚函数，该派生类仍旧是抽象类。
   抽象基类除了约束派生类的功能，还可以实现多态。请注意第 51 行代码，指针 p 的类型是 Line，但是它却可以访问派生类中的 area() 和 volume() 函数，正是由于在 Line 类中将这两个函数定义为纯虚函数；如果不这样做，51 行后面的代码都是错误的。我想，这或许才是C++提供纯虚函数的主要目的。


7、关于纯虚函数的几点说明
   1、一个纯虚函数就可以使类成为抽象基类，但是抽象基类中除了包含纯虚函数外，还可以包含其它的成员函数（虚函数或普通函数）和成员变量。




   2、只有类中的虚函数才能被声明为纯虚函数，普通成员函数和顶层函数均不能呢个声明为纯虚函数。


8、typeid运算符(type+id)
   
   typeid运算符用来获取一个表达式的类型信息，类型信息对于编程语言非常重要，它描述了数据的各种属性：


   对于基本类型（int、float 等C++内置类型）的数据，类型信息所包含的内容比较简单，主要是指数据的类型。
   
对于类类型的数据（也就是对象），类型信息是指对象所属的类、所包含的成员、所在的继承关系等。


   类型信息是创建数据的模板，数据占用多大内存、能进行什么样的操作、该如何操作等，这些都由它的类型信息决定。


   


   typeid( dataType )


   typeid( expression )




   dataType 是数据类型，expression 是表达式，这和 sizeof 运   算符非常类似，只不过 sizeof 有时候可以省略括号( )，而    typeid 必须带上括号。


   type_info 类的几个成员函数，下面是对它们的介绍：
name() 用来返回类型的名称。
raw_name() 用来返回名字编码（Name Mangling）算法产生的新名称。
hash_code() 用来返回当前类型对应的 hash 值。hash 值是一个可以用来标志当前类型的整数，有点类似学生的学号、公民的身份证号、银行卡号等。不过 hash 值有赖于编译器的实现，在不同的编译器下可能会有不同的整数，但它们都能唯一地标识某个类型。


   扩展：type_info 类至少要有如下所示的 4 个 public 属性的成员函数。
   


   1) 原型：const char* name() const;


            返回一个能表示类型名称的字符串。


   2) 原型：bool before (const type_info& rhs) const;
            判断一个类型是否位于另一个类型的前面，rhs 参数            是一个 type_info 对象的引用。




   3) 原型：bool operator== (const type_info& rhs) const;
重载运算符“==”，判断两个类型是否相同，rhs 参数是一个 type_info 对象的引用。


   4) 原型：bool operator!= (const type_info& rhs) const;
重载运算符“!=”，判断两个类型是否不同，rhs 参数是一个 type_info 对象的引用。






   *******
   划重点：即使将派生类指针 p2 赋值给基类指针 p1，p1 的类型仍然为 Base*。
   对象和类名的哈希值是一样的。




9、RTTI机制（运行时类别识别）


   在程序运行后确定对象的类型信息的机制称为运行时类别识别。C++中，只有类中包含了虚函数时才会启用RTTI机制，其他所有情况都可以在编译阶段确定类型信息。


10、函数编译远离和成员函数的实现
    
    C++和C语言的编译方式不同。C语言中的函数在编译时名字不变，或者只是简单的加一个下划线_（不同的编译器有不同的实现），例如，func() 编译后为 func() 或 _func()。
    
    而C++中的函数在编译时会根据它所在的命名空间、它所属的类、以及它的参数列表（也叫参数签名）等信息进行重新命名，形成一个新的函数名。这个新的函数名只有编译器知道，对用户是不可见的。对函数重命名的过程叫做名字编码（Name Mangling），是通过一种特殊的算法来实现的。
    
    Name Mangling 的算法是可逆的，既可以通过现有函数名计算出新函数名，也可以通过新函数名逆向推演出原有函数名。Name Mangling 可以确保新函数名的唯一性，只要函数所在的命名空间、所属的类、包含的参数列表等有一个不同，最后产生的新函数名也不同。


    


    成员函数最终被编译成与对象无关的“全局函数”，如果函数体中没有成员变量，那问题就很简单，不用对函数做任何处理，直接调用即可。如果成员函数中使用到了成员变量该怎么办呢？成员变量的作用域不是全局，不经任何处理就无法在函数内部访问。
------------C++规定，编译成员函数时要额外添加一个参数，把当前对象的“指针”传递进去，通过指针来访问成员变量。


   假设 Demo 类有两个 int 型的成员变量，分别是 a 和 b，并且在成员函数 display() 中使用到了，如下所示：


 
    
void Demo::display(){


    cout<<a<<endl;


    cout<<b<<endl;


}




    编译后的代码类似于：
    
void new_function_name(Demo * const p){
 
    //通过指针p来访问a、b
    
    cout<<p->a<<endl;
    
    cout<<p->b<<endl;


}


    使用obj.display()调用函数时，也会被编译成类似下面的形式：
    
    new_function_name(&obj);






    这样通过传递对象指针就完成了成员函数和成员变量的关联。这与我们从表明上看到的刚好相反，通过对象调用成员函数时，不是通过对象找函数，而是通过函数找对象。


      这一切都是隐式完成的，对程序员来说完全透明，就好像这个额外的参数不存在一样。
    
      最后需要提醒的是，Demo * const p中的 const 表示指针不能被修改，p 只能指向当前对象，不能指向其他对象。