多态和虚函数详解(读书笔记)

一．多态性的概念：

1．多态：在面向对象方法中一般是这样表述多态性的: 向不同的对象发送同一个消息，不同的对象在接收时会产生不同的行为(即方法)。也可以说，多态性是“一个接口，多种方法”。

2．从系统实现的角度看，多态性分为两类: 静态多态性和动态多态性。以前学过的函数重载和运算符重载实现的多态性属于静态多态性，动态多态性是通过虚函数(virtual function)实现的。

3．静态多态性是指：在程序编译时系统就能决定调用的是哪个函数，因此静态多态性又称编译时的多态性。动态多态性是在程序运行过程中才动态地确定操作所针对的对象。它又称运行时的多态性。

二．虚函数：

1．虚函数的作用是:允许在派生类中重新定义与基类同名的函数，并且可以通过基类指针或引用来访问基类和派生类中的同名函数。

2．虚函数的使用方法：

(1) 在基类用virtual声明成员函数为虚函数。这样就可以在派生类中重新定义此函数，为它赋予新的功能，并能方便地被调用。在类外定义虚函数时，不必再加virtual。

(2) 在派生类中重新定义此函数，要求函数名、函数类型、函数参数个数和类型全部与基类的虚函数相同，并根据派生类的需要重新定义函数体。C++规定，当一个成员函数被声明为虚函数后，其派生类中的同名函数都自动成为虚函数。

(3) 定义一个指向基类对象的指针变量，并使它指向同一类族中需要调用该函数的对象。

(4) 通过该指针变量调用此虚函数，此时调用的就是指针变量指向的对象的同名函数。

3．什么情况下应当声明虚函数

(1) 首先看成员函数所在的类是否会作为基类。然后看成员函数在类的继承后有无可能被更改功能，如果希望更改其功能的，一般应该将它声明为虚函数。

(2) 如果成员函数在类被继承后功能不需修改，或派生类用不到该函数，则不要把它声明为虚函数。不要仅仅考虑到要作为基类而把类中的所有成员函数都声明为虚函数。

(3) 应考虑对成员函数的调用是通过对象名还是通过基类指针或引用去访问，如果是通过基类指针或引用去访问的，则应当声明为虚函数。

需要说明的是: 使用虚函数，系统要有一定的空间开销。当一个类带有虚函数时，编译系统会为该类构造一个虚函数表(virtual function table，简称vtable)，它是一个指针数组，存放每个虚函数的入口地址。系统在进行动态关联时的时间开销是很少的，因此，多态性是高效的。

4.虚函数与重载的区别：

以前介绍的函数重载处理的是同一层次上的同名函数问题，而虚函数处理的是不同派生层次上的同名函数问题，前者是横向重载，后者可以理解为纵向重载。但与重载不同的是: 同一类族的虚函数的首部是相同的，而函数重载时函数的首部是不同的(参数个数或类型不同)。

5．虚析构函数：

（1）析构函数的作用是在对象撤销之前做必要的“清理现场”的工作。当派生类的对象从内存中撤销时一般先调用派生类的析构函数，然后再调用基类的析构函数。但是用new 和delete建立和释放对象的时候，系统只执行基类的析构函数，而不会执行派生类的析构函数。

（2）如果将基类的析构函数声明为虚函数时，由该基类所派生的所有派生类的析构函数也都自动成为虚函数，即使派生类的析构函数与基类的析构函数名字不相同。

（3）最好把基类的析构函数声明为虚函数。这将使所有派生类的析构函数自动成为虚函数。这样，如果程序中显式地用了delete运算符准备删除一个对象，而delete运算符的操作对象用了指向派生类对象的基类指针，则系统会调用相应类的析构函数。说明：构造函数不能声明为虚函数。

三．纯虚函数与抽象类：

1．纯虚函数：

（1）定义：

纯虚函数是在声明虚函数时被“初始化”为0的函数。声明纯虚函数的一般形式是：virtual 函数类型 函数名 (参数表列) =0;

也就如：virtual float area( ) const =0;//纯虚函数

注意: ①纯虚函数没有函数体；②最后面的“=0”并不表示函数返回值为0，它只起形式上的作用，告诉编译系统“这是纯虚函数”; ③这是一个声明语句，最后应有分号。

（2）作用：纯虚函数的作用是在基类中为其派生类保留一个函数的名字，以便派生类根据需要对它进行定义。如果在基类中没有保留函数名字，则无法实现多态性。

2．抽象类：

（1）定义：不用来定义对象而只作为一种基本类型用作继承的类，称为抽象类(abstract class)，由于它常用作基类，通常称为抽象基类(abstract base class)。

（2）凡是包含纯虚函数的类都是抽象类。因为纯虚函数是不能被调用的，包含纯虚函数的类是无法建立对象的。抽象类的作用是作为一个类族的共同基类，或者说，为一个类族提供一个公共接口。

（3）如果在派生类中没有对所有纯虚函数进行定义，则此派生类仍然是抽象类，不能用来定义对象。

（4）虽然抽象类不能定义对象(或者说抽象类不能实例化)，但是可以定义指向抽象类数据的指针变量。当派生类成为具体类之后，就可以用这种指针指向派生类对象，然后通过该指针调用虚函数，实现多态性的操作。

（5）在类的层次结构中，顶层或最上面的几层可以是抽象基类。抽象基类体现了本类族中各类的共性，把各类中共有的成员函数集中在抽象基类中声明。