面向对象程序设计第七节-多态性的实现(2020-02-07)

这一节结合翁恺老师课上的ppt,学习一下多态的实现!

上一节中,我们定义了Shape基类,并派生出了椭圆类(Ellipse)和圆类(Circle),现在我们来看下面几张图片,理清一下关系:

Shape类

Shape类

Ellipse类

Ellipse类

Circle类

Circle类

图片的左边是各个类的定义,右边是什么呢?这与我们之前提到的虚函数就有关系了,Vtable是一个虚函数表,这张表里存放的是类中所有虚函数的地址,例如基类中的vtable就存放着虚析构函数、render()函数以及resize()函数,实际上,所有含虚函数的类的对象里,最上面(不知道这样是否恰当)会被自动加上一个指针,称为Vptr,它指向的就是前面提到的虚函数表Vtable,我们再观察两个派生类的虚函数表:

Ellipse类
一个虚析构函数,子类覆盖的render虚函数以及继承的resize函数

Circle类
一个虚析构函数,子类覆盖的render虚函数和resize虚函数以及子类自己的radius虚函数

我们发现,虽然在派生类中,增加了虚函数或是改写了父类的虚函数,但是它们的结构是一样,新增的虚函数只会出现在Vtable的末尾,之前的所有顺序结构都没有发生变化!这其实就说明了OOP的一种特性-向上造型(upcast),即将子类当作基类看待和使用

个人理解

我们之前提到过,多态和动态绑定有关,而动态绑定只会发生在我们通过指针或引用调用对象的虚函数时,引用的本质也是指针,所以多态的本质是和指针有关的,就是这一节提到的Vptr-指向虚函数表的指针,所以我觉得动态绑定的实质就是绑定具体类的Vptr,从而实现多态举这样一个例子:

A是基类,B是派生类,代码如下:

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>

using namespace std;

class A{
public:
    A() :i(10) {}
    virtual void f() { cout << "A::f()" << i << endl; }
private:
    int i;
};

class B :public A{
public:
    B() :j(5) {}
    virtual void f() { cout << "B::f()" << j << endl; }
private:
    int  j;
};
int main()
{
    A a;
    B b;

    a = b;
    a.f();

    //while (1);
    return 0;
}

结果显然会打印基类的f函数,因为这里根本不涉及指针的操作,对象a的Vptr没有发生变化,验证一下:


rusult

我们这样修改一下:

int main()
{
    A a;
    B b;
    A* p = &a;

    int* x = (int *)&a;
    int* y = (int *)&b;

    *x = *y;

    p->f();

    //while (1);
    return 0;
}

我们将指向a的指针指向的地址改为指向b的指针指向的地址,运行之后发现:

result

这里其实就发生了Vptr的赋值,a的Vptr被赋值了b的Vptr,所以调用a的 f 函数,实际上调用了子类的f函数,那后面的那个数字是什么缘故,因为子类的 f 函数中需要打印 j ,但父类并不知道 j 的值,所以这个数字是其他内存的值。当然这种做法显然是不可取且危险的!

这一节课看了两三遍,现在觉得翁恺老师讲得真的好!!!

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