(C/C++學習)5.C++中的虛繼承-虛函數-多態解析

說明：在C++學習的過程中,虛繼承-虛函數經常是初學者容易產生誤解的兩個概念,它們與C++中多態形成的關系,也是很多初學者經常產生困惑的地方,這篇文章將依次分別對三者進行解析,並講述其之間的聯系與不同。

 

一.虛繼承

1.在多繼承中,對於多個父類的數據及函數成員,雖然有時候把他們全部繼承下來是有必要的,比如當這些成員都不同的時候。但在大多數的情況下,比如當多個父類之中的成員有重疊的地方時,因為保留多份數據成員的拷貝,不僅占有了較多的存儲空間,還增加了訪問的難度(由於繼承了來自多個父類的同名數據成員,訪問時需要加上父類的作用域,比如“父類名::成員”)，因此，在實際的繼承中是沒必要的。而虛繼承則可以完美的解決這一問題。

2.在虛繼承中,被虛繼承的類叫做虛基類,虛基類是需要設計和抽象的,它應當提取多繼承父類中重疊的部分作為成員,虛繼承是對繼承的一種擴展。

示例1：

#include<iostream>
using namespace std;

class furniture
{
public:
    furniture(float l,float wi,float we)
        :len(l),wid(wi),weight(we)
    {}
    void dis()
    {
        cout<<"len = "<<len<<endl;
        cout<<"wid = "<<wid<<endl;
        cout<<"weight="<<weight<<endl;
    }
protected:
    float len;
    float wid;
    float weight;
};

//+++++++++++++++++++++++++

class bed:virtual public furniture
{
public:
    bed(float l,float wi,float we)
        :furniture(l,wi,we)
    {}

    void sleep(){cout<<"go to sleep!!!!!"<<endl;}
};

//+++++++++++++++++++++++++

class sofa:virtual public furniture
{
public:
    sofa(float l,float wi,float we)
        :furniture(l,wi,we)
    {}

    void sit(){cout<<"go to have a rest!!!!!"<<endl;}
};

//+++++++++++++++++++++++++

class sofabed:public bed,public sofa
{
public:
    sofabed(float l,float wi,float we)
        :furniture(l,wi,we),bed(1,2,3),sofa(1,2,3)
    {}
};

int main()
{
    bed b(1,2,3);
    b.sleep();
    b.dis();
    sofa s(2,3,4);
    s.sit();
    s.dis();
    sofabed sb(4,5,6);
    sb.sleep();
    sb.sit();
    sb.dis();
    return 0;
}

 

程序運行結果：

在本例中,如果僅僅采用的是多繼承而非虛繼承,如下代碼所示：

#include<iostream>
using namespace std;

class bed
{
public:
    bed(float l,float wi,float we)
        :len(l),wid(wi),weight(we)
    {}

    void sleep()
    {
        cout<<"go to sleep!!!!!"<<endl;
    }

    void dis()
    {
        cout<<"len = "<<len<<endl;
        cout<<"wid = "<<wid<<endl;
        cout<<"weight = "<<weight<<endl;
    }
protected:
    float len;
    float wid;
    float weight;
};
//+++++++++++++++++++++++++++++
class sofa
{
public:
    sofa(float l,float wi,float we)
        :len(l),wid(wi),weight(we)
    {}
    void sit()
    {
        cout<<"go to have a rest!!!!!"<<endl;
    }
    void dis()
    {
        cout<<"len = "<<len<<endl;
        cout<<"wid = "<<wid<<endl;
        cout<<"weight = "<<weight<<endl;
    }
protected:
    float len;
    float wid;
    float weight;

};
//+++++++++++++++++++++++++++
class sofabed:public bed,public sofa
{
public:
    sofabed(float l,float wi,float we)
        :bed(l,wi,we),sofa(l,wi,we)
    {}
};
//+++++++++++++++++++++++++++
int main()
{
    bed b(1,2,3);
    b.sleep();
    b.dis();
    sofa s(2,3,4);
    s.sit();
    s.dis();
    sofabed sb(5,6,7);
    sb.sit();
    sb.sleep();
    sb.sofa::dis();
    sb.bed::dis();
    return 0;
}

 

則sb.dis()就有問題了;因為它產生了二義性,編譯器不知道該調用哪一個父類的成員函數,而正確做法是加上父類的作用域,這無疑是增加了訪問了難度。

結論：多繼承帶來的數據存儲多份,占用內存空間較多,並且訪問不便(作用域的增加)，采用虛繼承可以解決這一問題。

 

二.純虛函數

1.純虛函數的格式：

class A
{
    virtual void func() = 0;
}

2.含有純虛函數的類為抽象基類,不可創建對象,其存在的意義就是被繼承,提供族類的公共接口,

3.純虛函數只有聲明,沒有實現,被初始化為0,

4.如果一個類中聲明了純虛函數,而在派生類中沒有對該函數定義,則該函數在派生類中仍然為純虛函數,派生類仍然為純虛基類,

5.含有虛函數的類,析構函數也應該聲明為虛函數,這樣在delete父類指針的時候,才會調用子類的析構函數,實現完整析構,

#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
    A()
    {
        cout<<"A(){}"<<endl;
    }
    virtual ~A()
    {
        cout<<"~A(){}"<<endl;
    }
    virtual void func() = 0;
};
class B:public A
{
public:
    B(){cout<<"B(){}"<<endl;}
    ~B(){cout<<"~B(){}"<<endl;}
    virtual void func()
    {
        cout<<"B.func(){}"<<endl;
    }
};
int main()
{
    A*pa = new B;
    pa->func();
    delete pa;
    return 0;
}

程序運行結果：

注意：若在此例中,沒有將含有虛函數的父類析構函數聲明為虛函數,則將不會調用子類的析構函數~B()實現完整析構。

 

三.多態的實現

1.C++中的多態指的是由於繼承而產生的相關的不同的類,其對象對同一消息會做出不同的反應。

2.多態實現的前提是賦值兼容,賦值兼容的內容如下：

    a.子類的對象可以賦值給基類的對象,

    b.子類的對象可以賦值給基類的引用,

    c.子類對象的地址可以賦值給基類的指針(一般用於動多態的實現),

    d.在賦值后,子類對象就可以作為基類對象使用,但只能訪問從基類繼承的成員.

3.動多態的實現條件：

    a.父類中有虛函數,

    b.子類override(覆寫)父類中的虛函數,

    c.將子類的對象賦值給父類的指針或引用,由其調用公用接口.

#include<iostream>
using namespace std;

class Shape
{
public:
    virtual void draw() = 0;
};
//+++++++++++++++++++
class Circle:public Shape
{
public:
    void draw()
    {
        cout<<"Circle"<<endl;
    }
};
//+++++++++++++++++++
class Rect:public Shape
{
public:
    void draw()
    {
        cout<<"Rect"<<endl;
    }
};
int main()
{
    Circle c;
    Rect r;
    Shape *p = &c;
    p->draw();
    p = &r;
    p->draw();
    return 0;
}

注意：C++中的多態一般指動多態,其實C++中函數的重載也是一種多態現象,其通過命名傾軋在編譯階段決定,故稱為靜多態;而動多態一般是在父子類中在運行階段決定的。