今天我們來談?wù)凜++的繼承與多態(tài)😊😊😊，本篇的關(guān)鍵內(nèi)容如下：

• 繼承的本質(zhì)及其原理
• 派生類的構(gòu)造和析構(gòu)過程
• 重載、隱藏和覆蓋
• 類的向下或向上轉(zhuǎn)型
• 靜態(tài)綁定與動(dòng)態(tài)綁定
• 虛函數(shù)對類的影響
• 虛析構(gòu)函數(shù)

下面，我們將對這幾個(gè)有關(guān)于C++繼承與多態(tài)的關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行詳述的論述

一、繼承的本質(zhì)及其原理

在C++中，繼承是一種面向?qū)ο缶幊趟枷氲母拍?#xff0c;允許一個(gè)類繼承另一個(gè)類的屬性和方法，同時(shí)也可以在此基礎(chǔ)上添加新的屬性和方法。究其本質(zhì)，即：

• 代碼的復(fù)用
• 在基類中給所有派生類提供一個(gè)統(tǒng)一的接口，讓派生類重寫，滿足開閉原則

二、派生類的構(gòu)造和析構(gòu)過程

在定義的派生類中，由于派生類是從基類的基礎(chǔ)上繼承過來的，對應(yīng)繼承而來的成員的初始化和清理是由基類的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)負(fù)責(zé)，而派生類的構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù)則負(fù)責(zé)初始化和清理派生類中特定的部分，所以在派生類調(diào)用構(gòu)造函數(shù)需要初始化基類里的成員變量時(shí)，不能直接指定，而是需要通過基類的構(gòu)造函數(shù)來進(jìn)行初始化，如下：

class Base
{
public:Base(int d) :ma(d) { cout << "Base()" << endl; }~Base() { cout << "~Base()" << endl; }
protected:int ma;
};class Derive :public Base
{
public://Derive(int d = 20) :ma(d), mb(d) {cout << "Derive()" << endl;}//此句會出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)："ma" 不是類 "Derive" 的非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員或基類Derive(int d = 20) :Base(d), mb(d) {cout << "Derive()" << endl;}~Derive() { cout << "~Derive()" << endl; }
private:int mb;
};

這里我們給出一段關(guān)于派生類構(gòu)造和析構(gòu)過程的主要描述：

• 派生類調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)，初始化從基類繼承而來的成員
• 調(diào)用派生類自己的構(gòu)造函數(shù)，初始化派生類自己特有的成員
• 調(diào)用派生類的析構(gòu)函數(shù)，釋放派生類成員可能占用的外部資源（堆空間、文件等）
• 調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)，釋放派生類內(nèi)存中從基類繼承而來的成員可以占用的外部資源（堆空間、文件等）

int main()
{Derive m(20);  //可以自己允許一遍，查看程序允許結(jié)果return 0;
}

三、重載、隱藏和覆蓋

重載： 一組函數(shù)重載，必須處在同一個(gè)作用域中，且函數(shù)名相同，參數(shù)列表不同
隱藏： 隱藏其實(shí)就是隱藏作用域，即，在繼承結(jié)構(gòu)中，派生類的同名成員，把基類的同名成員隱藏掉了
覆蓋： 如果派生類中定義的方法與在基類繼承而來的方法，在返回值、函數(shù)名、參數(shù)列表都相同的前提下，且基類的實(shí)現(xiàn)方法為virtual虛函數(shù)，那么派生類的這個(gè)方法就會被自動(dòng)的處理成虛函數(shù)，本質(zhì)上是虛函數(shù)表上的虛函數(shù)地址的覆蓋，詳見后文！

若我們在上面的Base類和Derive中添加方法 void show() ，在派生類調(diào)用show函數(shù)時(shí)會優(yōu)先在自己類中尋找對應(yīng)的函數(shù)方法，即會打印Derive::show()，基類的show方法被隱藏了

class Base
{...void show() { cout << "Base::show()" << endl; }...
};
class Derive :public Base
{void show() { cout << "Derive::show()" << endl; }...
};int main()
{Derive m(20);m.show();  //優(yōu)先找派生類自己show成員return 0;
}

四、類的向下或向上轉(zhuǎn)型

在C++中，派生類對象轉(zhuǎn)化為基類對象、基類對象轉(zhuǎn)化為派生類對象的情形可以描述為：

• 向上轉(zhuǎn)型： 派生類對象（指針） -> 基類對象（指針） YES
• 向下轉(zhuǎn)型： 基類對象（指針） -> 派生類對象（指針） NO

由于派生類是由基類繼承而來的，其給它分配地址空間大于基類的地址空間，故可以將派生類對象（指針）轉(zhuǎn)化為基類對象（指針），即Base* pb = &m，而不可以可以將基類類對象（指針）轉(zhuǎn)化為派生類對象（指針），即Derive* pd = &m;，如下圖所示：

對于 派生類 -》 基類： 相當(dāng)于切片，紅色部分內(nèi)存在基類指針訪問不了，也不會被訪問
對于 基類 -》 派生類： 派生類申請的地址空間大于基類，一旦派生類對象/指針訪問紅色部分時(shí)，由于基類對象是沒有這塊空間的，直接會發(fā)生非法訪問問題

五、靜態(tài)綁定與動(dòng)態(tài)綁定

靜態(tài)綁定和動(dòng)態(tài)綁定是C++中兩種不同的綁定方式

• 靜態(tài)綁定： 在編譯時(shí)進(jìn)行的綁定。它根據(jù)函數(shù)調(diào)用時(shí)的靜態(tài)類型來確定要調(diào)用的函數(shù)。靜態(tài)綁定適用于非虛函數(shù)，它會默認(rèn)綁定到函數(shù)定義中的相應(yīng)代碼。
• 動(dòng)態(tài)綁定： 在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行的綁定。它根據(jù)函數(shù)調(diào)用時(shí)的動(dòng)態(tài)類型來確定要調(diào)用的函數(shù)。動(dòng)態(tài)綁定適用于虛函數(shù)，它允許在運(yùn)行時(shí)根據(jù)實(shí)際對象類型來調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。這樣可以實(shí)現(xiàn)多態(tài)性，即不同對象調(diào)用同名函數(shù)時(shí)可以執(zhí)行不同的操作。

#include <iostream>class Base {
public:void print() {std::cout << "Base class" << std::endl;}virtual void display() {std::cout << "Base class" << std::endl;}
};class Derived : public Base {
public:void print() {std::cout << "Derived class" << std::endl;}void display() {std::cout << "Derived class" << std::endl;}
};int main() {Base* d = new Derived();d->print(); // 靜態(tài)綁定，調(diào)用Base類的print函數(shù)/*mov eax, dword ptr[pb]mov ecx, dword ptr[eax]call ecx;(虛函數(shù)地址)  動(dòng)態(tài)（運(yùn)行時(shí)期）的綁定（函數(shù)的調(diào)用）*/d->display(); // 動(dòng)態(tài)綁定，調(diào)用Derived類的display函數(shù)return 0;
}

d->print() 調(diào)用的是靜態(tài)綁定，因?yàn)?print() 函數(shù)在基類中不是虛函數(shù)。即使 d 指向的對象實(shí)際類型是 Derived 類，編譯器也會根據(jù)指針類型（Base*）來靜態(tài)綁定調(diào)用基類的 print() 函數(shù)。所以輸出為 Base class

d->display() 這里調(diào)用的是動(dòng)態(tài)綁定，因?yàn)?display() 函數(shù)是虛函數(shù)。在運(yùn)行時(shí)，實(shí)際調(diào)用的是指向的對象的類型的版本，即RTTI （run-time type information） ，即 Derived 類中的 display() 函數(shù)。所以輸出為 Derived class

一個(gè)問題🤔🤔🤔：一個(gè)類聲明了虛函數(shù)后，當(dāng)調(diào)用該虛函數(shù)時(shí)，一定是動(dòng)態(tài)綁定嗎？ 不一定 !

動(dòng)態(tài)綁定的實(shí)現(xiàn)通常涉及虛函數(shù)表（vtable）的使用。每個(gè)包含虛函數(shù)的類都會有一個(gè)虛函數(shù)表，其中包含了指向虛函數(shù)的指針。子類會繼承父類的虛函數(shù)表，并在其自己的虛函數(shù)表中重寫父類的虛函數(shù)指針。這樣，當(dāng)通過指針或引用調(diào)用虛函數(shù)時(shí)，會根據(jù)對象的實(shí)際類型找到對應(yīng)的虛函數(shù)指針，并調(diào)用正確的函數(shù)。
然而，如果直接通過對象調(diào)用虛函數(shù)，編譯器會根據(jù)對象的靜態(tài)類型來進(jìn)行綁定，即根據(jù)對象的聲明類型來調(diào)用虛函數(shù),而這就是靜態(tài)綁定，因?yàn)榫幾g器在編譯時(shí)已經(jīng)確定了應(yīng)該調(diào)用哪個(gè)函數(shù)，不需要在運(yùn)行時(shí)根據(jù)對象的實(shí)際類型進(jìn)行判斷。因此，在通過指針或引用調(diào)用虛函數(shù)時(shí)，會進(jìn)行動(dòng)態(tài)綁定，根據(jù)對象的實(shí)際類型確定調(diào)用哪個(gè)函數(shù)；而在直接通過對象調(diào)用虛函數(shù)時(shí)，會進(jìn)行靜態(tài)綁定，根據(jù)對象的聲明類型確定調(diào)用哪個(gè)函數(shù)

六、虛析構(gòu)函數(shù)

虛析構(gòu)函數(shù)是一種特殊的析構(gòu)函數(shù)，用于實(shí)現(xiàn)多態(tài)性。它允許在基類指針指向派生類對象時(shí)，使用基類指針來調(diào)用派生類對象的析構(gòu)函數(shù)，從而正確地釋放派生類對象的資源，我們先來看看下面幾個(gè)問題

我們來看看虛函數(shù)所依賴的條件：

• 虛函數(shù)能產(chǎn)生地址，存儲在vftable虛函數(shù)表中
• 對象必須存在（vfptr -> vftable -> 虛函數(shù)地址）

哪些函數(shù)不能聲明為虛函數(shù)？

• 構(gòu)造函數(shù)：構(gòu)造函數(shù)在對象創(chuàng)建和銷毀的過程中是特殊的，在構(gòu)造函數(shù)中的所有函數(shù)都是靜態(tài)綁定的，不能聲明為virtual
• 靜態(tài)成員函數(shù)static：虛函數(shù)是通過對象訪問的，而靜態(tài)成員函數(shù)沒有 this 指針，是直接通過類名訪問的，不能被繼承和覆蓋
• 內(nèi)聯(lián)函數(shù)：內(nèi)聯(lián)函數(shù)在編譯時(shí)會直接將函數(shù)體嵌入到函數(shù)調(diào)用點(diǎn)，沒有函數(shù)調(diào)用的開銷。而虛函數(shù)是通過虛函數(shù)表來確定的，無法進(jìn)行內(nèi)聯(lián)

什么時(shí)候把基類的析構(gòu)函數(shù)聲明為虛函數(shù)呢？

當(dāng)基類指針（或引用）指向在堆上通過new創(chuàng)建的派生類對象時(shí)，派生類對象也會分配一份外部空間。如果基類的析構(gòu)函數(shù)沒有聲明為虛函數(shù)，在準(zhǔn)備使用delete刪除基類指針時(shí)，會發(fā)生靜態(tài)綁定。這樣，基類對象會調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)，而派生類對象則無法調(diào)用其自己的析構(gòu)函數(shù)，導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。

class Base
{
public:Base(int d) :ma(d) { cout << "Base()" << endl; }~Base() { cout << "~Base()" << endl; }virtual void show() { cout << "Base::show()" << >endl; }
protected:int ma;
};class Derive :public Base
{
public:Derive(int d) :Base(d), mb(d), ptr(new int(d)){cout << "Derive()" << endl;}// 基類的析構(gòu)函數(shù)是virtual，那么派生類的析構(gòu)>函數(shù)自動(dòng)變成virtual~Derive(){delete ptr;cout << "~Derive()" << endl;}void show() { cout << "Derive::show()" << endl; }private:int mb;int* ptr;
};int main()
{Base* pb = new Derive(10);pb->show();delete pb;return 0;
}     

在將基類的析構(gòu)函數(shù)聲明為虛函數(shù)后，當(dāng)使用delete刪除基類指針時(shí)，由于基類的析構(gòu)函數(shù)是虛函數(shù)，會發(fā)生動(dòng)態(tài)綁定。這樣，派生類的析構(gòu)函數(shù)會自動(dòng)成為虛析構(gòu)函數(shù)。在執(zhí)行delete時(shí)，通過虛函數(shù)表指針（vfptr）找到虛函數(shù)表（vftable），將基類在虛函數(shù)表上的虛析構(gòu)函數(shù)覆蓋為派生類的虛析構(gòu)函數(shù)。這樣就會先調(diào)用派生類的析構(gòu)函數(shù)，再調(diào)用基類的虛構(gòu)函數(shù)進(jìn)行釋放。

七、虛函數(shù)對類的影響

1. 一個(gè)類里面定義了虛函數(shù)，那么編譯階段，編譯器會給這個(gè)類生成唯一的虛函數(shù)表 vftable 主要存放的是RTTI指針和虛函數(shù)地址，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，每一張?zhí)摵瘮?shù)表都會加載到內(nèi)存的.rodate區(qū)（只讀，不能寫）

2. 一個(gè)類中定義了虛函數(shù)，那么這個(gè)類定義的對象在程序運(yùn)行時(shí)，內(nèi)存中開始的部分多存儲一個(gè)vfptr虛函數(shù)指針，指向相同類型的虛函數(shù)表vftable，一個(gè)類型定義的n個(gè)對象，它們的 vfptr 指向的都是同一張?zhí)摵瘮?shù)表

3. 一個(gè)類里的虛函數(shù)個(gè)數(shù)，不影響對象內(nèi)存的大小(vfptr)，影響的是虛函數(shù)表的大小

4. 如果派生類中的方法和基類繼承而來的某個(gè)方法的返回值、函數(shù)名、參數(shù)列表相同，而基類的方法是virtual虛函數(shù)，那么派生類的這個(gè)方法會自動(dòng)被處理成虛函數(shù)，將虛函數(shù)表中的原來的虛函數(shù)地址覆蓋成派生類的虛函數(shù)地址

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🌻🌻🌻以上就是有關(guān)淺淺談C++的繼承與多態(tài)（靜態(tài)綁定、動(dòng)態(tài)綁定和虛函數(shù)等）的內(nèi)容，如果聰明的你瀏覽到這篇文章并覺得文章內(nèi)容對你有幫助，請不吝動(dòng)動(dòng)手指，給博主一個(gè)小小的贊和收藏 🌻🌻🌻