上一篇关于虚函数指针的原理总结完,总感觉还没学透,还有一些问题

上一篇看这里:虚函数原理和多态(超详细)-CSDN博客

1、问题一:既然基类指针指向派生类对象,访问虚函数的时候访问的是派生类的,那为什么不能访问派生类的非虚函数

看下面代码:

#include

using std::cout;

using std::endl;

class Person {

public:

virtual void func1()

{

cout << "Person::func1" << endl;

}

private:

int _a;

};

class Student : public Person {

public:

virtual void func1()

{

cout << "Student::func1" << endl;

}

void print() {}

private:

int _b;

};

int main()

{

Student s1;

Person* p1 = &s1;

p1->func1();

return 0;

}

执行结果:

然后用p1访问print(),就会报错

这里可以说基类指针只能访问派生类中和基类相同的部分,所以访问不到派生类中的print函数,但是我们知道,成员函数的是通过this指针来访问的,既然p1指向的this指针已经赋值为派生类的了(其实这里只是派生类的__vfptr赋值给基类的__vfptr),为什么不能访问派生类中的非虚函数,而能访问虚函数

看下面代码的单步调试

class Person {

public:

virtual void func1()

{

cout << "Person::func1" << endl;

}

void print_base() {}

void func2()

{

print_base();

}

private:

int _a;

};

class Student : public Person {

public:

virtual void func1()

{

cout << "Student::func1" << endl;

}

void print() {}

private:

int _b;

};

int main()

{

Student s1;

Person* p1 = &s1;

p1->func2();

return 0;

}

func2里面的this指针已经是指向Student对象的地址,但是这个this指针仍然是Person*的,所以其访问范围只是Person类那一部分,不能访问Student类除Person类的其他部分 (这么一个小点困扰我半天,真是被绕晕了)

所以不能访问派生类中的非虚函数函数就可以理解

而这个时候如果访问虚函数的话,肯定是访问指向Student对象的this指针里面的虚函数,所以访问虚函数的时候执行结果是Student::func1

2、什么是静态多态,什么是动态多态

先说概念:

静态多态: 编译时多态是静态多态,在编译时就可以确定使用的接口。 包括函数重载,运算符重载,模板等

动态多态:

运行时多态是动态多态,具体引用的接口在运行时才能确定,虚函数

这个上一篇就提到了

那么来看看下面这个代码:

class A

{

public:

void func(){ std::cout << "A::func()" << endl; }

};

class B : public A

{

public:

void func(){ std::cout << "B::func()"<< endl; }

};

class C : public A

{

public:

void func(){ std::cout << "C::func()" << endl; }

};

int main()

{

C * pnull = nullptr;

pnull->func();

}

能执行成功吗?执行结果是啥?

this指针指向为地址0的地方,但是能执行成功

为什么呢?

那就需要引入下面这些概念了

静态类型:对象在声明时采用的类型,在编译期既已确定;动态类型:通常是指一个指针或引用目前所指对象的类型,是在运行期决定的;静态绑定:绑定的是静态类型,所对应的函数或属性依赖于对象的静态类型,发生在编译期;动态绑定:绑定的是动态类型,所对应的函数或属性依赖于对象的动态类型,发生在运行期;

从上面的概念可以看出非虚函数一般都是静态绑定,而虚函数都是动态绑定(这样才能实现动态多态)

所以用上面的概念来说明下面的声明与定义

C* pc = new C(); //pc的静态类型是它声明的类型C*,动态类型也是C*;

B* pb = new B(); //pb的静态类型和动态类型也都是B*;

A* pa = pc; //pa的静态类型是它声明的类型A*,动态类型是pa所指向的对象pc的类型C*;

pa = pb; //pa的动态类型可以更改,现在它的动态类型是B*,但其静态类型仍是声明时候的A*;

C *pnull = NULL; //pnull的静态类型是它声明的类型C*,没有动态类型,因为它指向了NULL;

继续看下面代码的执行:

int main()

{

C* pc = new C(); //pc的静态类型是它声明的类型C*,动态类型也是C*;

B* pb = new B(); //pb的静态类型和动态类型也都是B*;

A* pa = pc; //pa的静态类型是它声明的类型A*,动态类型是pa所指向的对象pc的类型C*;

pa = pb; //pa的动态类型可以更改,现在它的动态类型是B*,但其静态类型仍是声明时候的A*;

C *pnull = NULL; //pnull的静态类型是它声明的类型C*,没有动态类型,因为它指向了NULL;

pa->func(); //A::func() pa的静态类型永远都是A*,不管其指向的是哪个子类,都是直接调用A::func();

pc->func(); //C::func() pc的动、静态类型都是C*,因此调用C::func();

pnull->func(); //C::func() 不用奇怪为什么空指针也可以调用函数,因为这在编译期就确定了,和指针空不空没关系;

}

看一下pa的this指针,仍然是A*,其他的this指针也是他们的静态类型

如果注释掉类C中的func函数定义,其他不变,即

class C : public A

{

};

pa->func(); //A::func() 理由同上;

pc->func(); //A::func() pc在类C中找不到func的定义,因此到其基类中寻找;

pnull->func(); //A::func() 原因也解释过了;

如果为A中的void func()函数添加virtual特性,其他不变,即

class A

{

public:

virtual void func(){ std::cout << "A::func()\n"; }

};

pa->func(); //B::func() 因为有了virtual虚函数特性,pa的动态类型指向B*,因此先在B中查找,找到后直接调用;

pc->func(); //C::func() pc的动、静态类型都是C*,因此也是先在C中查找;

pnull->func(); //空指针异常,因为是func是virtual函数,因此对func的调用只能等到运行期才能确定,访问pnull时然后才发现pnull是空指针;

分析: 在上面的例子中,

1. 如果基类A中的func不是virtual函数,那么不论pa、pb、pc指向哪个子类对象,对func的调用都是在定义pa、pb、pc时的静态类型决定,早已在编译期确定了。

同样的空指针也能够直接调用no-virtual函数而不报错(这也说明一定要做空指针检查啊!);

2. 如果func是虚函数,那所有的调用都要等到运行时根据其指向对象的类型才能确定,比起静态绑定自然是要有性能损失的,但是却能实现多态特性;

这里的代码都是指针分析,也适用于引用的使用的情况

总结一下静态绑定和动态绑定的区别: 1. 静态绑定发生在编译期,动态绑定发生在运行期;

2. 对象的动态类型可以更改,但是静态类型无法更改;

3. 要想实现动态多态,必须使用动态绑定;

4. 在继承体系中只有虚函数使用的是动态绑定,其他的全部是静态绑定;

所以结论:

        实现动态多态就是通过虚函数指针,定义了虚函数的类都有一个虚函数指针,虚函数指针指向虚表,虚表存的是虚函数的入口地址,当基类指针指向派生类对象时,只是把派生类的__vfptr的值赋值给基类__vfptr(也就是this->__vfptr,this是基类* (Person*)类型),也就是基类的指针这时指向派生类的虚表,至于派生类的虚表里是哪种情况,参照上一篇(虚函数原理和多态(超详细)-CSDN博客),没有虚函数指针,就都是编译时期确定,那就是静态多态的事了,和什么虚函数这些就无关了

到这里,基本上都串起来了,虚函数,虚函数原理,this指针的变化,动态多态怎么实现,大概就这些,至于编译期到底干了啥,从而实现上面这些情况,以后研究吧,头疼(要长脑子了)

参考:

C++中的静态绑定和动态绑定 - lizhenghn - 博客园 (cnblogs.com)

再加上一个练习熟悉:

多基派生的梳理和练习-CSDN博客

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