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C++基础解析五十五

2009-01-09 
虚函数与多态性

    因为鱼的呼吸是吐泡泡,和一般动物的呼吸不太一样,所以我们在fish类中重新定义breathe方法。我们希望如果对象是鱼,就调用fish类的breathe()方法,如果对象是动物,那么就调用animal类的breathe()方法。程序代码如例2-16所示(EX08.CPP)。
  例2-16
  #include <iostream.h>
  class animal
  {
  public:
  void eat()
  {
  cout<<"animal eat"<<endl;
  }
  void sleep()
  {
  cout<<"animal sleep"<<endl;
  }
  void breathe()
  {
  cout<<"animal breathe"<<endl;
  }
  };
  class fish:public animal
  {
  public:
  void breathe()
  {
  cout<<"fish bubble"<<endl;
  }
  };
  void fn(animal *pAn)
  {
  pAn->breathe();
  }
  void main()
  {
  animal *pAn;
  fish fh;
  pAn=&fh;
  fn(pAn);
  }
  我们在fish类中重新定义了breathe()方法,采用吐泡泡的方式进行呼吸。接着定义了一个全局函数fn(),指向animal类的指针作为fn()函数的参数。在main()函数中,定义了一个fish类的对象,将它的地址赋给了animal类的指针变量pAn,然后调用fn()函数。看到这里,我们可能会有些疑惑,照理说,C++是强类型的语言,对类型的检查应该是非常严格的,但是,我们将fish类的对象fh的地址直接赋给指向animal类的指针变量,C++编译器居然不报错。这是因为fish对象也是一个animal对象,将fish类型转换为animal类型不用强制类型转换,C++编译器会自动进行这种转换。反过来,则不能把animal对象看成是fish对象,如果一个animal对象确实是fish对象,那么在程序中需要进行强制类型转换,这样编译才不会报错。
  读者可以猜想一下例2-16运行的结果,输出的结果应该是“animal breathe”,还是“fish bubble”呢?
  为什么输出的结果不是“fish bubble”呢?这是因为在我们将fish类的对象fh的地址赋给pAn时,C++编译器进行了类型转换,此时C++编译器认为变量pAn保存就是animal对象的地址。当在fn函数中执行pAn->breathe()时,调用的当然就是animal对象的breathe函数。
  为了帮助读者更好地理解对象类型的转换,我们给出了fish对象内存模型。
  当我们构造fish类的对象时,首先要调用animal类的构造函数去构造animal类的对象,然后才调用fish类的构造函数完成自身部分的构造,从而拼接出一个完整的fish对象。当我们将fish类的对象转换为animal类型时,该对象就被认为是原对象整个内存模型的上半部分,也就是图2.13中的“animal的对象所占内存”。当我们利用类型转换后的对象指针去调用它的方法时,自然也就是调用它所在的内存中的方法。因此,出现如图2.12所示的结果,也就顺理成章了。
  现在我们在animal类的breathe()方法前面加上一个virtual关键字,结果如例2-17所示。
  例2-17
  #include <iostream.h>
  class animal
  {
  public:
  void eat()
  {
  cout<<"animal eat"<<endl;
  }
  void sleep()
  {
  cout<<"animal sleep"<<endl;
  }
  virtual void breathe()
  {
  cout<<"animal breathe"<<endl;
  }
  };
  class fish:public animal
  {
  public:
  void breathe()
  {
  cout<<"fish bubble"<<endl;
  }
  };
  void fn(animal *pAn)
  {
  pAn->breathe();
  }
  void main()
  {
  animal *pAn;
  fish fh;
  pAn=&fh;
  fn(pAn);
  }
  用virtual关键字申明的函数叫做虚函数。运行例2-17这个程序,结果调用的是fish类的呼吸方法:
  这就是C++中的多态性。当C++编译器在编译的时候,发现animal类的breathe()函数是虚函数,这个时候C++就会采用迟绑定(late binding)技术。也就是编译时并不确定具体调用的函数,而是在运行时,依据对象的类型(在程序中,我们传递的fish类对象的地址)来确认调用的是哪一个函数,这种能力就叫做C++的多态性。我们没有在breathe()函数前加virtual关键字时,C++编译器在编译时就确定了哪个函数被调用,这叫做早期绑定(early binding)。
  C++的多态性是通过迟绑定技术来实现的,关于迟绑定技术,读者可以参看相关的书籍,在这里,我们就不深入讲解了。
  C++的多态性用一句话概括就是:在基类的函数前加上virtual关键字,在派生类中重写该函数,运行时将会根据对象的实际类型来调用相应的函数。如果对象类型是派生类,就调用派生类的函数;如果对象类型是基类,就调用基类的函数。

 

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