解析C++編程中virtual聲明的虛函數(shù)以及單個繼承

來源：本站原創(chuàng)|時間：2020-01-10|欄目：C語言|點擊：次

虛函數(shù)

虛函數(shù)是應(yīng)在派生類中重新定義的成員函數(shù)。當(dāng)使用指針或?qū)惖囊脕硪门缮念悓ο髸r，可以為該對象調(diào)用虛函數(shù)并執(zhí)行該函數(shù)的派生類版本。
虛函數(shù)確保為該對象調(diào)用正確的函數(shù)，這與用于進(jìn)行函數(shù)調(diào)用的表達(dá)式無關(guān)。
假定基類包含聲明為 virtual 的函數(shù)，并且派生類定義了相同的函數(shù)。為派生類的對象調(diào)用派生類中的函數(shù)，即使它是使用指針或?qū)惖囊脕碚{(diào)用的。以下示例顯示了一個基類，它提供了 PrintBalance 函數(shù)和兩個派生類的實現(xiàn)

// deriv_VirtualFunctions.cpp
// compile with: /EHsc
#include <iostream>
using namespace std;

class Account {
public:
  Account( double d ) { _balance = d; }
  virtual double GetBalance() { return _balance; }
  virtual void PrintBalance() { cerr << "Error. Balance not available for base type." << endl; }
private:
  double _balance;
};

class CheckingAccount : public Account {
public:
  CheckingAccount(double d) : Account(d) {}
  void PrintBalance() { cout << "Checking account balance: " << GetBalance() << endl; }
};

class SavingsAccount : public Account {
public:
  SavingsAccount(double d) : Account(d) {}
  void PrintBalance() { cout << "Savings account balance: " << GetBalance(); }
};

int main() {
  // Create objects of type CheckingAccount and SavingsAccount.
  CheckingAccount *pChecking = new CheckingAccount( 100.00 ) ;
  SavingsAccount *pSavings = new SavingsAccount( 1000.00 );

  // Call PrintBalance using a pointer to Account.
  Account *pAccount = pChecking;
  pAccount->PrintBalance();

  // Call PrintBalance using a pointer to Account.
  pAccount = pSavings;
  pAccount->PrintBalance();  
}

在前面的代碼中，對 PrintBalance 的調(diào)用是相同的，pAccount 所指向的對象除外。由于 PrintBalance 是虛擬的，因此將調(diào)用為每個對象定義的函數(shù)版本。派生類 PrintBalance 和 CheckingAccount 中的 SavingsAccount 函數(shù)“重寫”基類 Account 中的函數(shù)。
如果聲明的類不提供 PrintBalance 函數(shù)的重寫實現(xiàn)，則使用基類 Account 中的默認(rèn)實現(xiàn)。
派生類中的函數(shù)僅在基類中的虛函數(shù)的類型相同時重寫這些虛函數(shù)。派生類中的函數(shù)不能只是與其返回類型中的基類的虛函數(shù)不同；參數(shù)列表也必須不同。
當(dāng)使用指針或引用調(diào)用函數(shù)時，以下規(guī)則將適用：
根據(jù)為其調(diào)用的對象的基本類型來解析對虛函數(shù)的調(diào)用。
根據(jù)指針或引用的類型來解析對非虛函數(shù)的調(diào)用。
以下示例說明在通過指針調(diào)用時虛函數(shù)和非虛函數(shù)的行為：

// deriv_VirtualFunctions2.cpp
// compile with: /EHsc
#include <iostream>
using namespace std;

class Base {
public:
  virtual void NameOf();  // Virtual function.
  void InvokingClass();  // Nonvirtual function.
};

// Implement the two functions.
void Base::NameOf() {
  cout << "Base::NameOf\n";
}

void Base::InvokingClass() {
  cout << "Invoked by Base\n";
}

class Derived : public Base {
public:
  void NameOf();  // Virtual function.
  void InvokingClass();  // Nonvirtual function.
};

// Implement the two functions.
void Derived::NameOf() {
  cout << "Derived::NameOf\n";
}

void Derived::InvokingClass() {
  cout << "Invoked by Derived\n";
}

int main() {
  // Declare an object of type Derived.
  Derived aDerived;

  // Declare two pointers, one of type Derived * and the other
  // of type Base *, and initialize them to point to aDerived.
  Derived *pDerived = &aDerived;
  Base  *pBase  = &aDerived;

  // Call the functions.
  pBase->NameOf();      // Call virtual function.
  pBase->InvokingClass();  // Call nonvirtual function.
  pDerived->NameOf();    // Call virtual function.
  pDerived->InvokingClass(); // Call nonvirtual function.
}

輸出

Derived::NameOf
Invoked by Base
Derived::NameOf
Invoked by Derived

請注意，無論 NameOf 函數(shù)是通過指向 Base 的指針還是通過指向 Derived 的指針進(jìn)行調(diào)用，它都會調(diào)用 Derived 的函數(shù)。它調(diào)用 Derived 的函數(shù)，因為 NameOf 是虛函數(shù)，并且 pBase 和 pDerived 都指向類型 Derived 的對象。
由于僅為類類型的對象調(diào)用虛函數(shù)，因此不能將全局函數(shù)或靜態(tài)函數(shù)聲明為 virtual。
在派生類中聲明重寫函數(shù)時可使用 virtual 關(guān)鍵字，但它不是必需的；虛函數(shù)的重寫始終是虛擬的。
必須定義基類中的虛函數(shù)，除非使用 pure-specifier 聲明它們。（有關(guān)純虛函數(shù)的詳細(xì)信息，請參閱抽象類。）
可通過使用范圍解析運算符 (::) 顯式限定函數(shù)名稱來禁用虛函數(shù)調(diào)用機(jī)制。考慮先前涉及 Account 類的示例。若要調(diào)用基類中的 PrintBalance，請使用如下所示的代碼：

CheckingAccount *pChecking = new CheckingAccount( 100.00 );

pChecking->Account::PrintBalance(); // Explicit qualification.

Account *pAccount = pChecking; // Call Account::PrintBalance

pAccount->Account::PrintBalance();  // Explicit qualification.

在前面的示例中，對 PrintBalance 的調(diào)用將禁用虛函數(shù)調(diào)用機(jī)制。

單個繼承
在“單繼承”（繼承的常見形式）中，類僅具有一個基類?？紤]下圖中闡釋的關(guān)系。

簡單單繼承關(guān)系圖
注意該圖中從常規(guī)到特定的進(jìn)度。在大多數(shù)類層次結(jié)構(gòu)的設(shè)計中發(fā)現(xiàn)的另一個常見特性是，派生類與基類具有“某種”關(guān)系。在該圖中，Book 是一種 PrintedDocument，而 PaperbackBook 是一種 book。
該圖中的另一個要注意的是：Book 既是派生類（來自 PrintedDocument），又是基類（PaperbackBook 派生自 Book）。此類類層次結(jié)構(gòu)的框架聲明如下面的示例所示：

// deriv_SingleInheritance.cpp
// compile with: /LD
class PrintedDocument {};

// Book is derived from PrintedDocument.
class Book : public PrintedDocument {};

// PaperbackBook is derived from Book.
class PaperbackBook : public Book {};

PrintedDocument 被視為 Book 的“直接基”類；它是 PaperbackBook 的“間接基”類。差異在于，直接基類出現(xiàn)在類聲明的基礎(chǔ)列表中，而間接基類不是這樣的。
在聲明派生的類之前聲明從中派生每個類的基類。為基類提供前向引用聲明是不夠的；它必須是一個完整聲明。
在前面的示例中，使用訪問說明符 public。成員訪問控制中介紹了公共的、受保護(hù)的和私有的繼承的含義。
類可用作多個特定類的基類，如下圖所示。

注意
有向非循環(huán)圖對于單繼承不是唯一的。它們還用于表示多重繼承關(guān)系圖。多重繼承中對本主題進(jìn)行了說明。
在繼承中，派生類包含基類的成員以及您添加的所有新成員。因此，派生類可以引用基類的成員（除非在派生類中重新定義這些成員）。當(dāng)在派生類中重新定義了直接或間接基類的成員時，范圍解析運算符 (::) 可用于引用這些成員。請看以下示例：

// deriv_SingleInheritance2.cpp
// compile with: /EHsc /c
#include <iostream>
using namespace std;
class Document {
public:
  char *Name;  // Document name.
  void PrintNameOf();  // Print name.
};

// Implementation of PrintNameOf function from class Document.
void Document::PrintNameOf() {
  cout << Name << endl;
}

class Book : public Document {
public:
  Book( char *name, long pagecount );
private:
  long PageCount;
};

// Constructor from class Book.
Book::Book( char *name, long pagecount ) {
  Name = new char[ strlen( name ) + 1 ];
  strcpy_s( Name, strlen(Name), name );
  PageCount = pagecount;
};

請注意，Book 的構(gòu)造函數(shù) (Book::Book) 具有對數(shù)據(jù)成員 Name 的訪問權(quán)。在程序中，可以創(chuàng)建和使用類型為 Book 的對象，如下所示：

// Create a new object of type Book. This invokes the
//  constructor Book::Book.
Book LibraryBook( "Programming Windows, 2nd Ed", 944 );

...

// Use PrintNameOf function inherited from class Document.
LibraryBook.PrintNameOf();

如前面的示例所示，以相同的方式使用類成員和繼承的數(shù)據(jù)和函數(shù)。如果類 Book 的實現(xiàn)調(diào)用 PrintNameOf 函數(shù)的重新實現(xiàn)，則只能通過使用范圍解析 (Document) 運算符來調(diào)用屬于 :: 類的函數(shù)：

// deriv_SingleInheritance3.cpp
// compile with: /EHsc /LD
#include <iostream>
using namespace std;

class Document {
public:
  char *Name;     // Document name.
  void PrintNameOf() {} // Print name.
};

class Book : public Document {
  Book( char *name, long pagecount );
  void PrintNameOf();
  long PageCount;
};

void Book::PrintNameOf() {
  cout << "Name of book: ";
  Document::PrintNameOf();
}

如果存在可訪問的明確基類，則可以隱式將派生類的指針和引用轉(zhuǎn)換為其基類的指針和引用。下面的代碼使用指針演示了此概念（相同的原則適用于引用）：

// deriv_SingleInheritance4.cpp
// compile with: /W3
struct Document {
  char *Name;
  void PrintNameOf() {}
};

class PaperbackBook : public Document {};

int main() {
  Document * DocLib[10];  // Library of ten documents.
  for (int i = 0 ; i < 10 ; i++)
   DocLib[i] = new Document;
}

在前面的示例中，創(chuàng)建了不同的類型。但是，由于這些類型都派生自 Document 類，因此存在對 Document * 的隱式轉(zhuǎn)換。因此，DocLib 是“異類列表”（其中包含的所有對象并非屬于同一類型），該列表包含不同類型的對象。
由于 Document 類具有一個 PrintNameOf 函數(shù)，因此它可以打印庫中每本書的名稱，但它可能會忽略某些特定于文檔類型的信息（Book 的頁計數(shù)、HelpFile 的字節(jié)數(shù)等）。
注意
強(qiáng)制使用基類來實現(xiàn)函數(shù)（如 PrintNameOf）通常不是最佳設(shè)計。虛函數(shù)提供其他設(shè)計替代方法。

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