[C++知识库]继承之同名覆盖、函数重写与多态

同名覆盖

#include<iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
    int m_data;
    Base():m_data(1)//父类初始化为1
    {  }
};

class Derived : public Base
{
public:
    int m_data;
    Derived():m_data(2)//子类初始化为2
    {  }
};

int main()
{
    Derived d;
    //父类的m_data被隐藏了，但仍存在，可以通过::符访问
    cout<<"base data: "<<d.Base::m_data<<endl;
    //直接访问m_data得到的是子类成员的值
    cout<<"derived data: "<<d.m_data<<endl;
    //验证两个int刚好是8字节，说明d对象有两个整型数
    cout<<sizeof(d)<<endl;
    
    return 0;
}

运行结果

base data: 1
derived data: 2
8

说明父类和子类是允许存在同名成员的，只不过父类的成员被编译器隐藏了，正常访问得到的是子类成员的值。

那么如果是函数同名呢？

函数重写

函数重写是同名覆盖的一种特殊情况，即子类中重新实现父类中的同名函数，属于同名覆盖

#include<iostream>

using namespace std;

class Base
{
public:
    void print()
    {
        cout<<"Base class"<<endl;
    }
};

class Derived : public Base
{
public:
    void print()
    {
        cout<<"Derived class"<<endl;
    }
};

int main()
{
    Derived d;
    d.Base::print();//父类函数被隐藏
    d.print();

    return 0;
}

运行结果

Base class
Derived class

如果调用how_to_print函数，期望传入父类对象时调用父类打印函数，传入子类对象时调用子类对象函数

void how_to_print(Base* p)
{
    p->print();//期望根据对象选择相应函数，不能实现
}
int main()
{
    Base b;
    Derived d;

    how_to_print(&b);
    how_to_print(&d);

    return 0;
}

结果却是都打印Base class

Base class
Base class

结果没有符合预期，分析：

1. 传入父类对象b的地址时，父类指针指向父类对象，打印正常；
2. 传入子类对象d的地址时，父类指针指向子类对象，此时由于赋值兼容性（子类对象可以当作父类对象使用），子类对象退化为父类对象（父类指针只能访问父类成员），编译器认为父类指针指向的是父类对象，因此最终调用了父类的打印函数

以上结果是合理的，却没有符合预期的目的，这也是函数重写带来的问题。如果不能实现以上目的，函数重写是没有意义的，那么如何实现父类指针（引用）指向：

• 父类对象，调用父类函数
• 子类对象，调用重写函数

实际上以上行为就是多态

多态

所谓多态，即同样的调用语句，在实际运行时存在不同的表现状态，依据则是对象的类型不同

要实现上文中函数重写的多态，需要引入virtual关键字，C++原生支持多态

• 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特性

• 被virtual声明的函数叫做虚函数

在父类函数print声明前添加virtual关键字，print函数成为虚函数，子类重写的函数也将自动变成虚函数，这样就可以实现多态

class Base
{
public:
    virtual void print()//加virtual变成了虚函数
    {
        cout<<"Base class"<<endl;
    }
};

运行结果

Base class
Derived class

多态的意义：

1. 在程序运行过程中展现出动态的特性
2. 函数重写必须多态实现，否则没有意义
3. 多态是面向对象组件化程序设计的基础特性

总结

1. 同名覆盖是继承时发生在父类和子类之间，子类同名成员覆盖（屏蔽）父类同名成员的现象；
2. 函数重写也是同名覆盖，函数重写多态实现才有意义，C++通过virtual支持多态
3. 多态是面向对象组件化程序设计的基础特性

参考

狄泰软件学院 - C++深度解析教程 - 第47课、48课、49课