C++面向?qū)ο蟮睦^承與多態(tài)

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繼承

? 繼承，可以讓子類擁有父類的所有成員（變量\函數(shù)）

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對(duì)象的內(nèi)存布局

struct Person {

};

struct Student : Person {
    int m_no;
};

struct GoodStudent : Student {
    int m_money;
};

? 父類的成員變量在前，子類的成員變量在后

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成員訪問權(quán)限

? 成員訪問權(quán)限、繼承方式有3種

  • public：公共的，任何地方都可以訪問（struct默認(rèn)）

  • protected：子類內(nèi)部、當(dāng)前類內(nèi)部可以訪問

  • private：私有的，只有當(dāng)前類內(nèi)部可以訪問（class默認(rèn)）

? 子類內(nèi)部訪問父類成員的權(quán)限，是以下2項(xiàng)中權(quán)限最小的那個(gè)

  • 成員本身的訪問權(quán)限

  • 上一級(jí)父類的繼承方式

? 開發(fā)中用的最多的繼承方式是public，這樣能保留父類原來的成員訪問權(quán)限

? 訪問權(quán)限不影響對(duì)象的內(nèi)存布局

struct Person {
private:
   int m_age;

public:
   void setAge(int age) {
      m_age = age;
   }

   int getAge() {
      return m_age;
   }
};

struct Student : public Person {

};

struct GoodStudent : public Student {
   void work() {

   }
};

class Person {
private:
   int m_age;
public:
   void run() {

   }
};

struct Student : public Person {

};

class GoodStudent : public Student {

};

初始化列表

? 特點(diǎn)

  • 一種便捷的初始化成員變量的方式

  • 只能用在構(gòu)造函數(shù)中

  • 初始化順序只跟成員變量的聲明順序有關(guān)

struct Person {
   int m_age;
   int m_height;

   /*Person(int age, int height) {
      m_age = age;
      m_height = height;
   }*/

   // 語法糖
   Person(int age = 0, int height = 0) :m_age(age), m_height(height) {}
};

int myAge() {
    cout << "myAge()" << endl;
    return 10;
}
int myHeight() {
    cout << "myHeight()" << endl;
    return 10;
}
struct Person {
    int m_age;
    int m_height;
    Person(int age , int height):m_age(myAge()), m_height(myHeight()){
        
    }
};
int main() {
    Person person(18, 180);

    cout << person.m_age << endl;
    cout << person.m_height << endl;
}

myAge()
myHeight()
10
10

  • 初始化順序只跟成員變量的聲明順序有關(guān)
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說明輸出和定義在類中成員的順序有關(guān)，和代碼Person(int age , int height):m_age(myAge()), m_height(myHeight())定義的順序無關(guān)。

初始化列表與默認(rèn)參數(shù)配合使用

? 如果函數(shù)聲明和實(shí)現(xiàn)是分離的

  • 初始化列表只能寫在函數(shù)的實(shí)現(xiàn)中

  • 默認(rèn)參數(shù)只能寫在函數(shù)的聲明中

struct Person {
   int m_age;
   int m_height;
   Person(int age = 0, int height = 0);
};

Person::Person(int age, int height) :m_age(age), m_height(height) {

}
int main() {
    Person person1;
    Person person2(17);
    Person person(18, 180);
}

構(gòu)造函數(shù)的互相調(diào)用

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struct Person {
    int m_age;
    int m_height;

    /*Person() :Person(10, 20) {

    }*/

    Person() :Person(10, 20) {
        // 創(chuàng)建了一個(gè)臨時(shí)的Person對(duì)象
        // Person(10, 20);
        /*Person person;
        person.m_age = 10;
        person.m_height = 20;*/
    }

    Person(int age, int height) {
        this->m_age = age;
        this->m_height = height;
    }
};

int main() {

    Person person;
    cout << person.m_age << endl;
    cout << person.m_height << endl;

    return 0;
}

父類的構(gòu)造函數(shù)

? 子類的構(gòu)造函數(shù)默認(rèn)會(huì)調(diào)用父類的無參構(gòu)造函數(shù)

? 如果子類的構(gòu)造函數(shù)顯式地調(diào)用了父類的有參構(gòu)造函數(shù)，就不會(huì)再去默認(rèn)調(diào)用父類的無參構(gòu)造函數(shù)

? 如果父類缺少無參構(gòu)造函數(shù)，子類的構(gòu)造函數(shù)必須顯式調(diào)用父類的有參構(gòu)造函數(shù)

struct Person {
   Person() {
      cout << "Person::Person()" << endl;
   }
   ~Person() {
      cout << "Person::~Person()" << endl;
   }
};

struct Student : Person {
   Student() {
      // call Person::Person
      cout << "Student::Student()" << endl;
   }
   ~Student() {
      cout << "Student::~Student()" << endl;
      // call Person::~Person
   }
};

int main() {

   {
      Student student;
   }

   // Student student(18, 34);

   return 0;
}
/*
Person::Person()
Student::Student()
Student::~Student()
Person::~Person()
*/
  • 子類的構(gòu)造函數(shù)默認(rèn)會(huì)調(diào)用父類的無參構(gòu)造函數(shù)
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構(gòu)造、析構(gòu)順序

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多態(tài)

? 默認(rèn)情況下，編譯器只會(huì)根據(jù)指針類型調(diào)用對(duì)應(yīng)的函數(shù)，不存在多態(tài)

? 多態(tài)是面向?qū)ο蠓浅Ｖ匾囊粋€(gè)特性

  • 同一操作作用于不同的對(duì)象，可以有不同的解釋，產(chǎn)生不同的執(zhí)行結(jié)果

  • 在運(yùn)行時(shí)，可以識(shí)別出真正的對(duì)象類型，調(diào)用對(duì)應(yīng)子類中的函數(shù)

? 多態(tài)的要素

  • 子類重寫父類的成員函數(shù)（override）

  • 父類指針指向子類對(duì)象

  • 利用父類指針調(diào)用重寫的成員函數(shù)

父類指針、子類指針

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struct Person {
   int m_age;
};

struct Student : public Person {
   int m_score;
};

void test() {
   // 父類指針 指向 子類對(duì)象
// Person *p = new Student();
// p->m_age = 10;

   Student *p = (Student *) new Person();
   p->m_age = 10;
   p->m_score = 100;//危險(xiǎn)，動(dòng)了age后面的4個(gè)字節(jié)，修改了非自己內(nèi)存的數(shù)據(jù)
}

struct Animal {
   virtual void speak() {
      cout << "Animal::speak()" << endl;
   }
   virtual void run() {
      cout << "Animal::run()" << endl;
   }
};

struct Dog : Animal {
   // 重寫（覆寫、覆蓋、override）
   void speak() {
      cout << "Dog::speak()" << endl;
   }
   void run() {
      cout << "Dog::run()" << endl;
   }
};

struct Cat : Animal {
   void speak() {
      cout << "Cat::speak()" << endl;
   }
   void run() {
      cout << "Cat::run()" << endl;
   }
};

struct Pig : Animal {
   void speak() {
      cout << "Pig::speak()" << endl;
   }
   void run() {
      cout << "Pig::run()" << endl;
   }
};
  • 同一操作作用于不同的對(duì)象，可以有不同的解釋，產(chǎn)生不同的執(zhí)行結(jié)果
//同一操作作用于不同的對(duì)象，可以有不同的解釋，產(chǎn)生不同的執(zhí)行結(jié)果
void liu(Animal *p) {
   p->speak();
   p->run();
}

int main() {

    liu(new Dog());
    liu(new Cat());
    liu(new Pig());
    

    return 0;
}
/*
Dog::speak()
Dog::run()
Cat::speak()
Cat::run()
Pig::speak()
Pig::run()
*/
  • 默認(rèn)情況下，編譯器只會(huì)根據(jù)指針類型調(diào)用對(duì)應(yīng)的函數(shù)，不存在多態(tài) 
struct Animal {
   void speak() {
      cout << "Animal::speak()" << endl;
   }
   void run() {
      cout << "Animal::run()" << endl;
   }
};
/*
Animal::speak()
Animal::run()
Animal::speak()
Animal::run()
Animal::speak()
Animal::run()
*/
**不存在多態(tài)**

虛函數(shù)

? C++中的多態(tài)通過虛函數(shù)（virtual function）來實(shí)現(xiàn)

? 虛函數(shù)：被virtual修飾的成員函數(shù)

? 只要在父類中聲明為虛函數(shù)，子類中重寫的函數(shù)也自動(dòng)變成虛函數(shù)（也就是說子類中可以省略virtual關(guān)鍵字）

struct Animal {
    virtual void speak() {
        cout << "Animal::speak()" << endl;
    }
    virtual void run() {
        cout << "Animal::run()" << endl;
    }
};
int main() {
   Animal *p = new Pig();
   p->speak();
   p->run();
}
/*
Pig::speak()
Pig::run()
*/
虛函數(shù)

虛表

? 虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理是虛表，這個(gè)虛表里面存儲(chǔ)著最終==需要調(diào)用的虛函數(shù)地址==，這個(gè)虛表也叫虛函數(shù)表

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struct Animal {
    int m_age;
    void speak() {
        cout << "Animal::speak()" << endl;
    }
    void run() {
        cout << "Animal::run()" << endl;
    }
};

struct Cat : Animal {
    int m_life;
    void speak() {
        cout << "Cat::speak()" << endl;
    }
    void run() {
        cout << "Cat::run()" << endl;
    }
};

int main() {

    cout<< sizeof (Cat)<<endl;
}

8

struct Animal {
    int m_age;
    virtual void speak() {
        cout << "Animal::speak()" << endl;
    }
    void run() {
        cout << "Animal::run()" << endl;
    }
};

virtual void speak()

cout<< sizeof (Cat)<<endl;

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虛表里面存儲(chǔ)著最終需要調(diào)用的虛函數(shù)地址，這個(gè)虛表也叫虛函數(shù)表

（x86環(huán)境的圖）

x86環(huán)境的圖
int main() {


    Animal *cat = new Cat();
    cat->m_age = 20;
    cat->speak();
    cat->run();
}

下面我們通過上述代碼的內(nèi)存數(shù)據(jù)及匯編指令，來窺探虛表的原理

cat堆內(nèi)存數(shù)據(jù)

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總結(jié)一下Animal類由于存在虛函數(shù)virtual void speak() 和virtual void run() 所以Animal對(duì)象創(chuàng)建完成后，前8個(gè)字節(jié)是一個(gè)地址指針，指向了一個(gè)虛表的地址

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由于有兩個(gè)虛函數(shù)，所以指向的地址，前8位speak函數(shù)的地址，后8個(gè)字節(jié)為run函數(shù)的地址。

Animal 虛表地址之后，跟著為屬性成員的地址，movl $0x14, 0x8(%rax) 修改m_age的內(nèi)存地址的值為20.

0x10fe79035 <+85>: callq *(%rcx)及 0x10fe79041 <+97>: callq *0x8(%rcx)都是間接調(diào)用，先找到虛表地址，從內(nèi)存地址中，取出函數(shù)地址間接調(diào)用到對(duì)應(yīng)類對(duì)象真實(shí)實(shí)現(xiàn)函數(shù)的地址上。

調(diào)用父類的成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)

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