跳到主要内容

C++ 47-49 父子间的冲突和多态

47 父子间的冲突​

思考​

子类中是否可以定义父类中的同名成员？如果可以，如何区分？如果不可以，为什么？

编程实验​

  • 同名成员变量
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Parent
{
public:
    int mi;
};

class Child : public Parent
{
public:
    int mi;
};

int main()
{
    Child c;
    
    c.mi = 100; // mi 究竟是子类自定义的，还是从父类继承得到的？
    
    return 0;
}

父子间的冲突​

  • 子类可以定义父类中的同名成员
  • 子类中的成员将隐藏父类中的同名成员
  • 父类中的同名成员依然存在于子类中
  • 通过作用域分辩符（::）访问父类中的同名成员
  • 访问父类中的同名成员
Child c;
c.mi = 100;    //子类中的mi
c.Parent::mi = 100;    //父类中的mi

编程实验​

  • 同名成员变量深度分析
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

namespace A
{
    int g_i = 0;
}

namespace B
{
    int g_i = 1;
}

class Parent
{
public:
    int mi;
    
    Parent()
    {
        cout << "Parent() : " << "&mi = " << &mi << endl;
    }
};

class Child : public Parent
{
public:
    int mi;
    
    Child()
    {
        cout << "Child() : " << "&mi = " << &mi << endl;
    }
};

int main()
{
    Child c;
    
    c.mi = 100;    
    
    c.Parent::mi = 1000;
    
    cout << "&c.mi = " << &c.mi << endl;
    cout << "c.mi = " << c.mi << endl;
    
    cout << "&c.Parent::mi = " << &c.Parent::mi << endl;
    cout << "c.Parent::mi = " << c.Parent::mi << endl;
    
    return 0;
}

再论重载​

  • 类中的成员函数可以进行重载
    1. 重载函数的本质为多个不同的函数
    2. 函数名和参数列表是唯一的标识
    3. 函数重载必须发生在同一个作用域中

问题​

子类中定义的函数是否能重载父类中的同名函数？

编程实验​

  • 父子间的函数重载
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Parent
{
public:
    int mi;
    
    void add(int v)
    {
        mi += v;
    }
    
    void add(int a, int b)
    {
        mi += (a + b);
    }
};

class Child : public Parent
{
public:
    int mi;
    
    void add(int v)
    {
        mi += v;
    }
    
    void add(int a, int b)
    {
        mi += (a + b);
    }
    
    void add(int x, int y, int z)
    {
        mi += (x + y + z);
    }
};

int main()
{
    Child c;
    
    c.mi = 100;    
    
    c.Parent::mi = 1000;
    
    cout << "c.mi = " << c.mi << endl;
    
    cout << "c.Parent::mi = " << c.Parent::mi << endl;
    
    c.add(1);
    c.add(2, 3);
    c.add(4, 5, 6);
    
    cout << "c.mi = " << c.mi << endl;
    
    cout << "c.Parent::mi = " << c.Parent::mi << endl;
    
    return 0;
}

父子间的冲突​

  • 子类中的函数将隐藏父类的同名函数
  • 子类无法重载父类中的成员函数
  • 使用作用域分辩符访问父类中的同名函数
  • 子类可以定义父类中完全相同的成员函数

小结​

  • 子类可以定义父类中的同名成员
  • 子类中的成员将隐藏父类中的同名成员
  • 子类和父类中的函数不能构成重载关系
  • 子类可以定义父类完全相同的成员函数
  • 使用作用域分辨符访问父类中的同名成员

48 同名覆盖引发的问题​

父子间的赋值兼容​

  • 子类对象可以当作父类对象使用（兼容性）
    • 子类对象可以直接赋值给父类对象
    • 子类对象可以直接初始化父类对象
    • 父类指针可以直接指向子类对象
    • 父类引用可以直接引用子类对象

编程实验​

  • 子类对象的兼容性
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Parent
{
public:
    int mi;
    
    void add(int i)
    {
        mi += i;
    }
    
    void add(int a, int b)
    {
        mi += (a + b);
    }
};

class Child : public Parent
{
public:
    int mv;
    
    void add(int x, int y, int z)
    {
        mv += (x + y + z);
    }
};

int main()
{
    Parent p;
    Child c;
    
    p = c;
    
    Parent p1(c);
    
    
    Parent& rp = c;
    Parent* pp = &c;
    
    rp.mi = 100;
    rp.add(5); // 没有发生同名覆盖?
    rp.add(10, 10); // 没有发生同名覆盖?
    
    /* 为什么编译不过? */
    // pp->mv = 1000;
    // pp->add(1, 10, 100);
    
    return 0;
}
  • 当使用父类指针（引用）指向子类对象时
    • 子类对象退化为父类对象
    • 只能访问父类中定义的成员
    • 可以直接访问被子类覆盖的同名成员

特殊的同名函数​

  • 子类中可以重定义父类中已经存在的成员函数
  • 这种定义发生在继承中，叫做函数重写
  • 函数重写是同名覆盖的一种特殊情况
class Parent{
public:
    void print(){
        cout<<"I`m Parent."<<endl;
    }
};

class Child:public Parent{
public:	
    void print(){	//函数重写
        cout<<"I`m Child."<<endl;
    }
};

思考​

当函数重写遇上赋值兼容会发生什么？

编程实验​

  • 赋值兼容的问题
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Parent
{
public:
    int mi;
    
    void add(int i)
    {
        mi += i;
    }
    
    void add(int a, int b)
    {
        mi += (a + b);
    }
    
    void print()
    {
        cout << "I'm Parent." << endl;
    }
};

class Child : public Parent
{
public:
    int mv;
    
    void add(int x, int y, int z)
    {
        mv += (x + y + z);
    }
    
    void print()
    {
        cout << "I'm Child." << endl;
    }
};

void how_to_print(Parent* p)
{
    p->print();
}

int main()
{
    Parent p;
    Child c;
    
    how_to_print(&p); // Expected to print: I'm Parent.
    how_to_print(&c); // Expected to print: I'm Child.
    
    return 0;
}

父子间的赋值兼容​

  • 问题分析
    • 编译期间，编译器只能根据指针的类型判断所指向的对象
    • 根据赋值兼容，编译器认为父类指针指向的是父类对象
    • 因此，编译结果只可能是调用父类中定义的同名函数
void how_to_print(Parent *p){
    p->print();
}

在编译这个函数的时候，编译器不可能知道指针p究竟指向了什么。但是编译器没有理由报错。于是，编译器认为最安全的做法是调用父类的print函数，是因为父类和子类肯定都有相同的print函数。

  • 问题：编译器的处理方法是合理的吗？是期望的吗？

小结​

  • 子类对象可以当作父类对象使用(赋值兼容)
  • 父类指针可以正确的指向子类对象
  • 父类引用可以正确的代表子类对象
  • 子类可以重写父类中的成员函数

49 多态的概念和意义​

函数重写回顾：父类中被重写的函数依然会继承给子类；子类中重写的函数将覆盖父类中的函数；通过作用域分辨符::可以访问到父类中的函数。

Child c;
Parent *p = &c;
c.Parent::print();    //从父类中继承
c.print();	//在子类中继承
p->print();	//父类中定义

多态的概念和意义​

面向对象中期望的行为

  • 根据实际的对象类型判断如何调用重写函数

  • 父类指针（引用）指向父类对象则调用父类中定义的函数；指向子类对象则调用子类中定义的重写函数。

  • 面向对象中的多态的概念：根据实际的对象类型决定函数调用的具体目标；同样的调用语句在实际运行时有多种不同的表现形态

C++语言直接支持多态的概念：通过使用virtual关键字对多态进行支持；被virtual声明的函数被重写后具有多态性；被virtual声明的函数叫做虚函数。

编程实验​

  • 多态的初体验
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Parent
{
public:
    virtual void print()
    {
        cout << "I'm Parent." << endl;
    }
};

class Child : public Parent
{
public:
    void print()
    {
        cout << "I'm Child." << endl;
    }
};

void how_to_print(Parent* p)
{
    p->print(); // 展现多态的行为
}

int main()
{
    Parent p;
    Child c;
    
    how_to_print(&p); // Expected to print: I'm Parent.
    how_to_print(&c); // Expected to print: I'm Child.
    
    return 0;
}
  • 多态的意义
    • 在程序运行过程中展现出动态的特性
    • 函数重写必须多态实现，否则没有意义
    • 多态是面向对象组件化程序设计的基础特性
  • 理论中的概念
    • 静态联编
      • 在程序的编译期间就能确定具体的函数调用。如：函数重载
    • 动态联编
      • 在程序实际运行后才能确定具体的函数调用。如：函数重写

实例分析​

  • 动态联编与静态联编
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Parent
{
public:
    virtual void func()
    {
        cout << "void func()" << endl;
    }
    
    virtual void func(int i)
    {
        cout << "void func(int i) : " << i << endl;
    }
    
    virtual void func(int i, int j)
    {
        cout << "void func(int i, int j) : " << "(" << i << ", " << j << ")" << endl;
    }
};

class Child : public Parent
{
public:
    void func(int i, int j)
    {
        cout << "void func(int i, int j) : " << i + j << endl;
    }
    
    void func(int i, int j, int k)
    {
        cout << "void func(int i, int j, int k) : " << i + j + k << endl;
    }
};

void run(Parent* p)
{
    p->func(1, 2); // 展现多态的特性
                       // 动态联编
}


int main()
{
    Parent p;
    
    p.func(); // 静态联编
    p.func(1); // 静态联编
    p.func(1, 2); // 静态联编
    
    cout << endl;
    
    Child c;
    
    c.func(1, 2); // 静态联编
    
    cout << endl;
    
    run(&p);
    run(&c);
    
    return 0;
}

  • 江湖恩怨
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Boss
{
public:
    int fight()
    {
        int ret = 10;
        
        cout << "Boss::fight() : " << ret << endl;
        
        return ret;
    }
};

class Master
{
public:
    virtual int eightSwordKill()
    {
        int ret = 8;
        
        cout << "Master::eightSwordKill() : " << ret << endl;
        
        return ret;
    }
};

class NewMaster : public Master
{
public:
    int eightSwordKill()
    {
        int ret = Master::eightSwordKill() * 2;
        
        cout << "NewMaster::eightSwordKill() : " << ret << endl;
        
        return ret;
    }
};

void field_pk(Master* master, Boss* boss)
{
    int k = master->eightSwordKill();
    int b = boss->fight();
    
    if( k < b )
    {
        cout << "Master is killed..." << endl;
    }
    else
    {
        cout << "Boss is killed..." << endl;
    }
}

int main()
{
    Master master;
    Boss boss;
    
    cout << "Master vs Boss" << endl;
    
    field_pk(&master, &boss);
    
    cout << "NewMaster vs Boss" << endl;
    
    NewMaster newMaster;
    
    field_pk(&newMaster, &boss);
    
    return 0;
}

小结​

  • 函数重写只可能发生在父类与子类之间
  • 根据实际对象的类型确定调用的具体函数
  • virtual关键字是C++中支持多态的唯一方式
  • 被重写的虚函数可表现出多态的特性

我对"多态"的理解​

这几天(2018-10-10)，通过学习C++,C#,Java三种语言，以及对比，让我终于对“多态”这一词有了一定的了解和认知。

个人认为，实现多态，就是通过继承来实现的。例如 Dog 是 Animal 的子类 ，那么

Animal *dog = new Dog();

这样是可以的。虽然指针是Animal*类型的，但是在堆栈上分配的还是Dog类的实例。在这里，假如Animal类有一个

class Animal {
public：
    void GetName();
    //...
}

的方法，Dog类也有一个该函数

class Dog : public Animal {
public：
    void GetName();
    //...
}

假如我们这样使用

Animal *dog = new Dog();

cout << "This Animal`s name is " << dog->GetName()<< endl;

调用的函数其实是Animal类下的。

我是这样认为的，这样使用应该和函数重载一样，并没有发生函数覆盖，这样的两个函数签名是不一样的。在实例化Dog类时，同样会实例化Animal类。而且由于继承关系，编译器是先实例化Animal类，在实例化Dog类。（现有父亲，再有孩子，不可能有先有儿子，再有父亲的情况吧... ...）。

如果想要覆盖就必须申明该函数为虚函数，然后在子类重写改函数。

class Animal {
public：
    virtual void GetName();
    //...
};

class Dog : public Animal {
public：
    void GetName() overload;
    //...
};

这样，那么编写

Animal *dog = new Dog();

cout << "This Animal`s name is " << dog->GetName()<< endl;

调用的函数是Dog类的。

这和Java不用，Java默认每个函数都是虚函数，直接在子类实现自己的函数即可。如果想要调用父类的函数就可以使用super来调用，例如:

class Dog extend Animal {
	public void GetName() {
        super.GetName();       //调用父类Animal的GetName函数
    }
    //...
}

super相当于父类引用，在子类的认识作用域下都可以使用。C#是 base，方法同Java。 C++则是 父类名::父类函数 来调用。

另外，在Java里看到接口这一概念，简单来说，就是该类只有纯虚函数。C++也可以实现，因为其可以多继承，我们可以像Java那样的原则使用多继承，避免方块冲突。

最后由 amass 于 更新