【C++】虚函数

I 动态绑定、多态、虚函数、对象的静态类型与动态类型

　　1、基类中有两种函数：

• • 派生类直接继承不做改变
  • 派生类重新定义成适合自身的版本覆盖掉基类的函数

　　对于第一种就是普通的基类成员函数，第二种通常通过将该函数定义为虚函数来实现。

　　

　　2、对于基类对象的引用或指针，由于继承关系会有两种不同的类型：

• • 静态类型：指针或引用定义时的类型
  • 动态类型：指针或引用实际指向的对象类型

　　对于对象的引用或者指针，可以实现从派生类向基类的类型转换，以下代码是合法的：

class Base{
        virtual void print(){...}
};

class Derive:public Base{
        void print(){...}
};

Derive d;
Base &b1 = d;
Base *b2 = &d;

　　但是不存在从基类到派生类的类型转换，因为派生类都包含基类部分，说白了，就是基类有的派生类都有，派生类基类不一定有，可以说苹果是水果，不能说水果是苹果嘛。

　　如果表达式既不是指针也不是引用时，则它的动态类型永远与静态类型一致，也不存在基类和派生类之间的类型转换。

　　

　　3、在使用基类的引用或者指针调用一个虚函数的时候，由于基类的引用或者指针的动态类型可能和静态类型不一样，在编译时并不能确定它调用的虚函数是基类的还是派生类的，直到运行时才能根据其动态类型来确定其虚函数版本的现象，被称作动态绑定，也叫运行时绑定。举个例子，一个基类Person，两个派生类Professor和student都继承自Person：

class Person {
public:
    Person() = default;
    Person(string s, int a) : name(s), age(a){}

    string name;
    int age;

    virtual void getdata(){
        cin >> name;
        cin >> age;
    }    
    virtual void putdata(){
        cout << name << " " << age << endl;
    }
};

class Professor :public Person{
public:
    Professor() = default;
    Professor(string s, int a) : Person(s, a){}

    int publications;
    int cur_{ id };

    static const int id = 1;

    void getdata(){
        cin >> name;
        cin >> age;
        cin >> publications;
    }

    void putdata(){
        cout << name << " " << age << " " << publications << " " << id << endl;
    }
};

class Student :public Person{
public:
    int marks[6];
    int cur_{ id };

    static const int id = 2;

    void getdata(){
        cin >> name;
        cin >> age;
        for (int i = 0; i < 6; i++){
            cin >> marks[i];
        }
    }

    void putdata(){
        int sum = marks[0] + marks[1] + marks[2] + marks[3] + marks[4] + marks[5];
        cout << name << " " << age << " " << sum << " " << id << endl;
    }
};


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{

    //=====================================================================
    // 静态类型为基类，动态类型为派生类
    // 基类指针调用虚函数，发生动态绑定，按照其动态类型进行调用
    // 如果基类没有定义虚函数，则调用基类函数
    //======================================================================
    int val;
    Person *per[2];    //基类指针数组
    for (int i = 0; i < 2; i++){
        cin >> val;
        if (val == 1){
            per[i] = new Professor;    //第一个元素动态类型是professor
        }
        else per[i] = new Student; // 第二个元素动态类型是student

        per[i]->getdata(); //第一次调用的是professor::getdata，第二次调用的是student::getdata
    }
    for (int i = 0; i<2; i++)
        per[i]->putdata(); //第一次调用的是professor::putdata，第二次调用的是student::putdata

    //============================================================================
return 0;
}

　　4、当基类派生类有同名函数，但是基类中该函数不是虚函数（没有virtual），则不能实现覆盖，派生类直接继承基类函数，当基类引用或者指针调用函数时，不会发生动态绑定，调用的是基类函数。派生类和基类对象调用函数时，调用各自版本的函数

---

II 虚函数表，参考学习：http://blog.csdn.net/haoel/article/details/1948051

typedef void(*Fun)(void);

class Base {
public:
    virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
    virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }
    virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }
};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    Base b;

    cout << (int*)(&b) << endl;   //获取虚函数表地址
    cout << (int)*(int*)(&b) << endl; //虚函数表第一个函数地址
    
    Fun pFunB = (Fun)*((int*)*(int*)(&b));
    Fun pFunB1 = (Fun)*((int*)*(int*)(&b) + 1);
    Fun pFunB2 = (Fun)*((int*)*(int*)(&b) + 2);
    pFunB();    //Base::f
    pFunB1();    //Base::g
    pFunB2();    //Base::h

        return 0;
}

1、无虚函数覆盖，派生类直接继承基类的虚函数，虚函数表访问的仍然是基类的虚函数

Base::f

Base::g

Base::h

class Derive :public Base{
public:
    void f1() { cout << "Derive::f" << endl; }
    void g1() { cout << "Derive::g" << endl; }
    void h1() { cout << "Derive::h" << endl; }
};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    Derive d;
    Fun pFunD = (Fun)*((int*)*(int*)(&d));
    Fun pFunD1 = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) + 1);
    Fun pFunD2 = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) + 2);
    pFunD();    //Base::f
    pFunD1();   //Base::g
    pFunD2(); 　　//Base::h

    return 0;
}

2、无虚函数覆盖，但是派生类有自己的虚函数，则派生类的虚函数在虚函数表中按照定义顺序排在基类虚函数后面

Base::f

Base::g

Base::h

Derive::f

Derive::g

Derive::h

class Derive :public Base{
public:
    virtual void f1() { cout << "Derive::f" << endl; }
    virtual void g1() { cout << "Derive::g" << endl; }
    virtual void h1() { cout << "Derive::h" << endl; }
};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    Derive d;

    cout << (int*)(&d) << endl;   //获取虚函数表地址
    cout << (int)*(int*)(&d) << endl; //虚函数表第一个函数地址

    Fun pFunD = (Fun)*((int*)*(int*)(&d));
    Fun pFunD1 = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) + 1);
    Fun pFunD2 = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) + 2);
    pFunD();    //Base::f
    pFunD1();    //Base::g
    pFunD2();     //Base::h

    Fun pFunD3 = (Fun)*((int*)*(int*)(&d)+3);
    Fun pFunD4 = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) +4);
    Fun pFunD5 = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) + 5);
    pFunD3();    //Derive::f
    pFunD4();    //Derive::g
    pFunD5();    //Derive::h

    system("pause");
    return 0;
}

3、派生类中有虚函数覆盖了基类的虚函数(如例中f)，则在虚函数表中，派生类的虚函数放在了父类虚函数的位置，没被覆盖的保持原样

Derive::f

Base::g

Base::h

Derive::g

Derive::h

class Derive :public Base{
public:
    virtual void f() { cout << "Derive::f" << endl; }
    virtual void g1() { cout << "Derive::g" << endl; }
    virtual void h1() { cout << "Derive::h" << endl; }
};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    Derive d;

    Fun pFunD = (Fun)*((int*)*(int*)(&d));
    Fun pFunD1 = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) + 1);
    Fun pFunD2 = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) + 2);
    pFunD();    //Derive::f
    pFunD1();    //Base::g
    pFunD2();     //Base::h

    Fun pFunD3 = (Fun)*((int*)*(int*)(&d)+3);
    Fun pFunD4 = (Fun)*((int*)*(int*)(&d) + 4);
    pFunD3();    //Derive::g
    pFunD4();    //Derive::h

        return 0;
}

4、多重继承，无虚函数覆盖：

• 每个父类都有一张虚函数表，按照父类定义顺序排列
• 派生类的虚函数排在第一个父类虚函数的后面

Base1::f

Base1::g

Base1::h

Derive::f

Derive::g

Derive::h

Base2::f

Base2::g

Base2::h

Base3::f

Base3::g

Base3::h

5、多重继承，有虚函数覆盖：

　　派生类中的虚函数放在被覆盖虚函数位置，其他不变