C++基础系列【14】继承与多态

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本文主要介绍下多态的概念。

继承与抽象类

多态是面向对象的核心知识点，在C++中意味着调用对象成员函数时，会根据对象的真实类型来执行不同的函数，从而产生不同的行为。

• 比如同样是人，不同人的声音不相同。
• 比如同样是公司，不同公司的经营业务也不同。

这就可以就多态来解释。

那怎么实现多态，看这段代码，先定义一个People类：

class People {
public:
virtual void Speak() { std::cout << "People Speak \n"; }
};

注意这里面的函数使用了virtual修饰，用virtual修饰的函数表示虚函数，带虚函数的类可以称之为父类，有父类自然可以派生出子类，子类可以覆盖父类的行为。

这里再定义两个类，一个男人类，一个女人类

class MalePeople : public People {
public:
void Speak() { std::cout << "MalePeople Speak \n"; }
};class FemalePeople : public People {
public:
void Speak() { std::cout << "FemalePeople Speak \n"; }
};

在MalePeople和FemalePeople使用了冒号，表示继承，冒号后面的public表示继承的权限。

所以上面的代码的含义是：

MalePeople以public权限继承了People，并覆盖父类People的Speak行为。

FemalePeople以public权限继承了People，并覆盖父类People的Speak行为。

再看一段使用多态的代码：

int main() {People *p1 = new People();People *p2 = static_cast<People *>(new MalePeople());People *p3 = static_cast<People *>(new FemalePeople());p1->Speak(); // People Speakp2->Speak(); // MalePeople Speakp3->Speak(); // FemalePeople Speakdelete p3;delete p2;delete p1;
}

p1、p2、p3都是People的实例，但是通过他们的实例调用相同的函数却产生了不同的行为，这就是多态。

注意两点，想要实现上述的多态行为：

• 父类相应的函数一定要使用virtual修饰
• 一定要父类的指针或引用指向子类对象

继承权限

共有三种继承权限：

public继承

• 父类中所有public成员在子类中为public属性
• 父类中所有protected成员在子类中为protected属性
• 父类中所有private成员在子类中不可访问

protected继承

• 父类中所有public成员在子类中为protected属性
• 父类中所有protected成员在子类中为protected属性
• 父类中所有private成员在子类中不可访问

private继承

• 父类中所有public成员在子类中为private属性
• 父类中所有protected成员在子类中为private属性
• 父类中所有private成员在子类中不可访问

大体可以理解为：

• 父类成员在子类中的访问权限不会高于指定的继承权限。
• 父类中的private成员在子类中使用不可访问。

然而平时开发过程中一般都会使用public继承，其他的继承方式很少。

纯虚函数

在C++中，还有个纯虚函数的概念，就是在virtual修饰的基础上加个=0，比如：

class People {
public:
virtual void Speak() = 0;
};

这里的Speak就是纯虚函数，含有纯虚函数的类叫抽象类，同时规定抽象类不允许被实例化，只能通过子类实例化，举例：

int main() {People *p1 = new People(); // compile errorPeople *p2 = static_cast<People *>(new MalePeople());People *p3 = static_cast<People *>(new FemalePeople());
}

多继承

就是子类继承了多个父类，比如一个男子篮球运动员，那就可以定义两个父类，一个MalePeople类，一个BasketballPlayer类，那如果想要定义男子篮球运动员类，可以定义一个MaleBasketballPlayer类，继承MalePeople和BaskeballPlayer，代码如下：

class MalePeople {
public:
void Speak() { std::cout << "MalePeople Speak \n"; }
};class BasketBallPlayer {
public:
void Play() { std::cout << "Play Basketball \n"; }
};class MaleBasketBallPlayer : public MalePeople, public BasketBallPlayer {};

和单继承方式差不多，只是用相同的语法在后面再派生多个即可。

虚继承

普通的继承就是非虚继承，如图， 非虚继承时，显然D会继承两次A，内部就会存储两份A的数据浪费空间，而且还有二义性，D调用A的方法时，由于有两个A，究竟时调用哪个A的方法呢，编译器也不知道，就会报错，所以有了虚继承，解决了空间浪费以及二义性问题。

在虚拟继承下，只有一个共享的基类子对象被继承，而无论该基类在派生层次中出现多少次。共享的基类子对象被称为虚基类。在虚继承下，基类子对象的复制及由此而引起的二义性都被消除了。

如何使用虚继承？

在继承的时候使用virtual关键字，代码如下：

struct Base {
virtual void Func() { printf("Base Func\n"); }
};struct BaseA : virtual public Base {
virtual void Func() { printf("BaseA Func\n"); }
};struct BaseB : virtual public Base {
virtual void Func() { printf("BaseB Func\n"); }
};struct Derive : public BaseB, public BaseA {
void Func() override { printf("Derive Func \n"); }
};

注意，为了易于观察，上面所有的父类都没有定义析构函数，正常父类的析构函数一定要设置成virtual。

练习

• 多态只有这一种方式吗？
• 为什么一定要通过指针或引用方式才能达到多态的目的？
• 为什么析构函数一定要设置成virtual？
• 构造函数可以为虚函数吗？
• 多态的原理是怎么样的？
• 不同继承方式下，类对象的布局是什么结构？

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