C++ 多態(tài)與虛函數(shù)、與構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)有什么聯(lián)系

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多態(tài)與虛函數(shù)

面向?qū)ο缶幊讨?，多態(tài)的含義是“一個接口，多種實(shí)現(xiàn)”。
多態(tài)分為靜態(tài)多態(tài)和動態(tài)多態(tài)。靜態(tài)多態(tài)是通過模板化和重載技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，在編譯的時(shí)候確定。動態(tài)多態(tài)通過虛函數(shù)和繼承關(guān)系來實(shí)現(xiàn)，執(zhí)行動態(tài)綁定，在運(yùn)行的時(shí)候確定。
C++中運(yùn)行時(shí)的多態(tài)是指根據(jù)對象的實(shí)際類型來調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。如果對象類型是派生類，就調(diào)用派生類的函數(shù)；如果對象類型是基類，就調(diào)用基類的函數(shù)。
C++多態(tài)性是通過虛函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，虛函數(shù)允許子類重新定義成員函數(shù)，而子類重新定義父類方法稱為覆蓋或重寫(override)。

虛函數(shù)：
用virtual關(guān)鍵字申明的函數(shù)叫做虛函數(shù)，虛函數(shù)肯定是類的成員函數(shù)。
虛函數(shù)的作用就是實(shí)現(xiàn)動態(tài)綁定，也就是在程序的運(yùn)行階段動態(tài)地選擇合適的成員函數(shù)。
具體的實(shí)現(xiàn)方式，在基類中定義了虛函數(shù)后，可以在基類的派生類中對虛函數(shù)重新定義，在派生類中重新定義的函數(shù)應(yīng)與虛函數(shù)具有相同的形參個數(shù)和形參類型，以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的接口，不同定義過程。
如果在派生類中沒有對虛函數(shù)重新定義，則它繼承其基類的虛函數(shù)，此時(shí)派生類也為抽象類，不能實(shí)例化對象。

虛函數(shù)表：
當(dāng)一個類含有一個乃至多個虛函數(shù)的時(shí)候，將在全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)(靜態(tài)區(qū))中存儲該類相應(yīng)的虛函數(shù)表vtbl，編譯器給類的每個對象添加一個相同隱藏的成員——虛函數(shù)表指針vptr，指向自身類的虛函數(shù)表。
虛函數(shù)表的大小在編譯時(shí)確定，不必動態(tài)分配內(nèi)存空間進(jìn)行存儲，因此不虛函數(shù)表不存在堆中，根據(jù)以上特征，虛函數(shù)表類似于類中靜態(tài)成員變量。靜態(tài)成員變量也是全局共享，大小確定，所以虛函數(shù)表和靜態(tài)成員變量一樣，存放在全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。
虛函數(shù)表中保存了類對象進(jìn)行聲明的虛函數(shù)的地址，即虛函數(shù)表的元素是指向類成員函數(shù)的指針。也就是說我們可以通過vptr訪問虛函數(shù)表，進(jìn)而訪問被聲明的虛函數(shù)的的地址，從而調(diào)用相應(yīng)的虛函數(shù)。
同一個類的不同對象的vptr實(shí)際上指向同一張?zhí)摵瘮?shù)表。vptr的設(shè)定和重置都由每一個類的構(gòu)造函數(shù)，析構(gòu)函數(shù)和拷貝賦值運(yùn)算符自動完成。一般來說，將在構(gòu)造函數(shù)中進(jìn)行虛表的創(chuàng)建和虛表指針的初始化。
基類的虛函數(shù)表和派生類的虛函數(shù)表分別為保存在不同位置的兩個獨(dú)立數(shù)組，也就是說基類的隱藏成員和派生類的隱藏成員指向不同的地址。
如果派生類沒有重新定義基類的某個虛函數(shù)A，則派生類的虛函數(shù)表vtbl將保存基類的虛函數(shù)A的原始地址（此時(shí)派生類和基類的虛函數(shù)表中保存的虛函數(shù)A的地址是一樣的）。
如果派生類重寫了基類的某個虛函數(shù)B，則派生類的虛函數(shù)表vtbl將保存新的虛函數(shù)B的地址（此時(shí)的虛函數(shù)B其實(shí)有兩個版本，分別被基類和派生類的虛函數(shù)表分開保存）。

純虛函數(shù):
純虛函數(shù)是在基類中聲明的虛函數(shù)，它在基類中沒有定義，要求任何派生類都要定義自己的實(shí)現(xiàn)方法。在基類中實(shí)現(xiàn)純虛函數(shù)的方法是在函數(shù)原型后加“=0”，即virtual void funtion1() = 0;
含有純虛函數(shù)的類為抽象類，不能聲明對象，只是作為基類為派生類服務(wù)。除非在派生類中完全實(shí)現(xiàn)基類的所有虛函數(shù)，否則派生類也是抽象類，不能實(shí)例化對象。
抽象類不能定義對象，但是可以作為指針或引用類型使用。

不能聲明虛函數(shù)：
常見的不能聲明為虛函數(shù)的有：普通函數(shù)（非成員函數(shù)）；靜態(tài)成員函數(shù)；內(nèi)聯(lián)成員函數(shù)；構(gòu)造函數(shù)；友元函數(shù)。
普通函數(shù)（非成員函數(shù)）只能被overload，不能被override，聲明為虛函數(shù)也沒有意義。
靜態(tài)成員函數(shù)對于每個類來說只有一份代碼，所有的對象都共享這一份代碼，也沒有要動態(tài)綁定的必要性。
內(nèi)聯(lián)函數(shù)在編譯時(shí)被展開，從而可減少函數(shù)調(diào)用花費(fèi)的代價(jià)，虛函數(shù)是在運(yùn)行時(shí)才進(jìn)行動態(tài)綁定，從而使得繼承對象能夠準(zhǔn)確的執(zhí)行自己的動作。
構(gòu)造函數(shù)目的是為了生成對象時(shí)進(jìn)行對象初始化，虛函數(shù)目的是在不同類型的對象中調(diào)用不同的方法以產(chǎn)生不同的動作，當(dāng)對象還沒有生成時(shí)，虛函數(shù)是沒有意義的，而構(gòu)造函數(shù)是為了在對象還沒有生成時(shí)實(shí)例化對象。
友元函數(shù)不支持繼承，對于沒有繼承特性的函數(shù)就沒有虛函數(shù)的說法。

早綁定和晚綁定：
c++編譯器在編譯的時(shí)候，要確定每個對象調(diào)用的函數(shù)（非虛函數(shù)）的地址，這稱為早期綁定，當(dāng)我們將Son類對象的地址賦給指針pFather時(shí)，C++編譯器進(jìn)行了類型轉(zhuǎn)換，此時(shí)C++編譯器認(rèn)為指針變量pFather保存的就是Father對象的地址，當(dāng)在main函數(shù)中執(zhí)行pFather->Say()，調(diào)用的是Father對象的Say函數(shù)。
從內(nèi)存角度看：

前面輸出的結(jié)果是因?yàn)榫幾g器在編譯的時(shí)候，就已經(jīng)確定了對象調(diào)用的函數(shù)地址，要解決這個問題就要使用晚綁定，當(dāng)編譯器使用晚綁定時(shí)候，就會在運(yùn)行時(shí)再去確定對象的類型以及正確的調(diào)用函數(shù)，而要讓編譯器采用晚綁定，就要在基類中聲明函數(shù)時(shí)使用virtual關(guān)鍵字.一旦某個函數(shù)在基類中聲明為virtual，那么在所有的派生類中該函數(shù)都是virtual，而不需要再顯式地聲明為virtual。

編譯器為每個對象提供了一個虛表指針(即vptr)，這個指針指向了對象所屬類的虛表，在程序運(yùn)行時(shí)，根據(jù)對象的類型去初始化vptr，從而讓vptr正確的指向了所屬類的虛表，從而在調(diào)用虛函數(shù)的時(shí)候，能夠找到正確的函數(shù)。由于pFather實(shí)際指向的對象類型是Son，因此vptr指向的Son類的vtable，當(dāng)調(diào)用pFather->Son()時(shí)，根據(jù)虛表中的函數(shù)地址找到的就是Son類的Say()函數(shù)。
從內(nèi)存角度看：

構(gòu)造函數(shù)與虛函數(shù)

構(gòu)造函數(shù)不能為虛函數(shù)。
從C++之父Bjarne的回答我們應(yīng)該知道C++為什么不支持構(gòu)造函數(shù)是虛函數(shù)了，簡單講就是沒有意義。
虛函數(shù)的作用在于通過子類的指針或引用來調(diào)用父類的那個成員函數(shù)。而構(gòu)造函數(shù)是在創(chuàng)建對象時(shí)自己主動調(diào)用的，不可能通過子類的指針或引用去調(diào)用。

構(gòu)造函數(shù)目的是為了生成對象時(shí)進(jìn)行對象初始化，虛函數(shù)目的是在不同類型的對象中調(diào)用不同的方法以產(chǎn)生不同的動作，當(dāng)對象還沒有生成時(shí)，內(nèi)存中不存在虛函數(shù)指針和虛函數(shù)表，此時(shí)虛函數(shù)是沒有意義的，而構(gòu)造函數(shù)是為了在對象還沒有生成時(shí)實(shí)例化對象，如果構(gòu)造函數(shù)被聲明為虛函數(shù)，內(nèi)存空間還沒有虛函數(shù)表，該構(gòu)造函數(shù)將變得沒有意義，所以構(gòu)造函數(shù)不能是虛函數(shù)。

析構(gòu)函數(shù)與虛函數(shù)

當(dāng)派生類指針指向用new運(yùn)算符生成的派生類對象時(shí)，delete派生類指針，將執(zhí)行派生類的析構(gòu)函數(shù)，再執(zhí)行基類的析構(gòu)函數(shù)。因?yàn)樵趯?shí)例化派生類對象時(shí)，先實(shí)例了基類對象。
當(dāng)基類指針指向用new運(yùn)算符生成的派生類對象時(shí)，delete基類指針，因?yàn)榫幾g器又進(jìn)行了類型轉(zhuǎn)換，默認(rèn)為基類指針指向基類對象的地址，根據(jù)早綁定中內(nèi)存的關(guān)系，如果基類析構(gòu)函數(shù)沒有聲明為虛函數(shù)，將只執(zhí)行基類的構(gòu)造函數(shù)，如果基類析構(gòu)函數(shù)聲明為虛函數(shù)，盡管進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換，根據(jù)晚綁定中內(nèi)存的關(guān)系，不管基類對象還是派生類對象都有相應(yīng)的虛函數(shù)表指針，因此析構(gòu)時(shí)會先調(diào)用派生類的析構(gòu)函數(shù)(vptr指向自身的析構(gòu)函數(shù))，再調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)(聲明派生類對象先實(shí)例了基類對象)。

#include<iostream>
using namespace std;

class Base {
public:
    Base()
    { 
        cout<<"Base::Base()"<<endl;
        fun();
    }
    virtual ~Base()
    {
        cout<<"Base::~Base()"<<endl;
        fun();
    }
    virtual void fun()
    {
        cout<<"Base::fun() virtual"<<endl;
    }

};

class Derived:public Base
{
public:
    Derived()
    {
        cout<<"Derived::Derived()"<<endl;
        fun();;
    }
    ~Derived()
    {
        cout<<"Derived::~Derived()"<<endl;
        fun();
    }
    virtual void fun()
    {
        cout<<"Derived::fun() virtual"<<endl;
    }
};

int main()
{
	//basa
    Base *b = new Base();
    delete b;
    cout<<endl;
    /*
    Base::Base()
    Base::fun() virtual
    Base::~Base()
    Base::fun() virtual
    */ 

    
	//Derived
    Derived *d = new Derived();
    delete d;
    cout<<endl;
    /*
    Base::Base()
    Base::fun() virtual //派生類還不存在
    Derived::Derived()
    Derived::fun() virtual //派生類已存在
    Derived::~Derived()
    Derived::fun() virtual //派生類還存在
    Base::~Base()
    Base::fun() virtual //派生類不存在
    */


	//Base* Derived，父類指針指向子類對象的實(shí)現(xiàn)原理
    Base *bd = new Derived();
    delete bd;
    cout<<endl;
    /*
    Base::Base()
    Base::fun() virtual //派生類不存在
    Derived::Derived()
    Derived::fun() virtual //派生類已存在
    //當(dāng)基類析構(gòu)函數(shù)沒用聲明為虛函數(shù)時(shí)，將不調(diào)用派生類的析構(gòu)函數(shù)
    Derived::~Derived()
    Derived::fun() virtual //派生類還存在
    Base::~Base()
    Base::fun() virtual //派生類不存在
    */

    system("pause");
    return 0;
}

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