C++ 消息(成员函数调用)的动态绑定
1. 消息的多态性
C++把类看作类型,把以public方式(严格讲:只有public方式)继承的派生类看做基类的子类型,这样就使得在C++面向对象程序中存在下面的三种多态:
1)对象类型的多态:派生类对象的类型既可以是派生类,也可以是基类。
2)对象标志的多态:基类的指针或引用可以指向或引用基类对象,也可以指向或引用派生类对象。(但是派生类的指针只能指向或引用派生类对象,不能指向或引用基类对象,可以理解为可以将多的给少的,但是不能把少的给多的。)
3)消息的多态,一个可以发送到基类对象的消息,也可以发送到派生类对象。
2. 静态绑定
在编译时刻绑定数据的类型。(默认)
3. 动态绑定
在运行的时候绑定数据的类型。
class A
{
int x,y;
public:
void f();
}
class B: public A
{
int z;
public:
void f();
void g();
}
void func1(A& x)
{
x.f();//调用A::f,因为C++是静态绑定
}
void func2(A* p)
{
p->f();//调用A::f,因为C++是静态绑定
}
3. 虚函数与消息的动态绑定
1)虚函数的定义
在函数返回类型前面加上virtual
class A
{...
public:
virtual void f();//虚函数
}
限制:
a. 只有类的成员函数才可以是虚函数
b. 静态成员函数不能是虚函数
c. 构造函数不能是虚函数
d. 析构函数可以是(往往)是虚函数
2)虚函数的动态绑定
基类中的一个成员函数如果被定义成虚函数,则在派生类中定义的与之相同型构的成员函数是对该基类成员函数的重定义(或称覆盖,override)。
相同型构:函数名相同、参数类型和个数相同、返回值类型相同或者是基类成员函数返回值类型的派生类
class A
{
int x;
public:
virtual void f();
}
class B: public A
{
int y;
public:
void f();
void g();
}
A *p = new B;
p->f(); //OK,调用B的f
p->g(); //Error,因为A中没有g
((B*)p)->g(); //OK,调用B的g
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深入理解C++的动态绑定和静态绑定
为了支持c++的多态性,才用了动态绑定和静态绑定。理解他们的区别有助于更好的理解多态性,以及在编程的过程中避免犯错误。
需要理解四个名词:
1、对象的静态类型:对象在声明时采用的类型。是在编译期确定的。
2、对象的动态类型:目前所指对象的类型。是在运行期决定的。对象的动态类型可以更改,但是静态类型无法更改。
关于对象的静态类型和动态类型,看一个示例:
class B
{
}
class C : public B
{
}
class D : public B
{
}
D* pD = new D();//pD的静态类型是它声明的类型D*,动态类型也是D*
B* pB = pD;//pB的静态类型是它声明的类型B*,动态类型是pB所指向的对象pD的类型D*
C* pC = new C();
pB = pC;//pB的动态类型是可以更改的,现在它的动态类型是C*
3、静态绑定:绑定的是对象的静态类型,某特性(比如函数)依赖于对象的静态类型,发生在编译期。
4、动态绑定:绑定的是对象的动态类型,某特性(比如函数)依赖于对象的动态类型,发生在运行期。
class B
{
void DoSomething();
virtual void vfun();
}
class C : public B
{
void DoSomething();//首先说明一下,这个子类重新定义了父类的no-virtual函数,这是一个不好的设计,会导致名称遮掩;这里只是为了说明动态绑定和静态绑定才这样使用。
virtual void vfun();
}
class D : public B
{
void DoSomething();
virtual void vfun();
}
D* pD = new D();
B* pB = pD;
让我们看一下,pD->DoSomething()和pB->DoSomething()调用的是同一个函数吗?
不是的,虽然pD和pB都指向同一个对象。因为函数DoSomething是一个no-virtual函数,它是静态绑定的,也就是编译器会在编译期根据对象的静态类型来选择函数。pD的静态类型是D*,那么编译器在处理pD->DoSomething()的时候会将它指向D::DoSomething()。同理,pB的静态类型是B*,那pB->DoSomething()调用的就是B::DoSomething()。
让我们再来看一下,pD->vfun()和pB->vfun()调用的是同一个函数吗?
是的。因为vfun是一个虚函数,它动态绑定的,也就是说它绑定的是对象的动态类型,pB和pD虽然静态类型不同,但是他们同时指向一个对象,他们的动态类型是相同的,都是D*,所以,他们的调用的是同一个函数:D::vfun()。
上面都是针对对象指针的情况,对于引用(reference)的情况同样适用。
指针和引用的动态类型和静态类型可能会不一致,但是对象的动态类型和静态类型是一致的。
D D;
D.DoSomething()和D.vfun()永远调用的都是D::DoSomething()和D::vfun()。
至于那些事动态绑定,那些事静态绑定,有篇文章总结的非常好:
我总结了一句话:只有虚函数才使用的是动态绑定,其他的全部是静态绑定。目前我还没有发现不适用这句话的,如果有错误,希望你可以指出来。
特别需要注意的地方
当缺省参数和虚函数一起出现的时候情况有点复杂,极易出错。我们知道,虚函数是动态绑定的,但是为了执行效率,缺省参数是静态绑定的。
class B
{
virtual void vfun(int i = 10);
}
class D : public B
{
virtual void vfun(int i = 20);
}
D* pD = new D();
B* pB = pD;
pD->vfun();
pB->vfun();
有上面的分析可知pD->vfun()和pB->vfun()调用都是函数D::vfun(),但是他们的缺省参数是多少?
分析一下,缺省参数是静态绑定的,pD->vfun()时,pD的静态类型是D*,所以它的缺省参数应该是20;同理,pB->vfun()的缺省参数应该是10。编写代码验证了一下,正确。
对于这个特性,估计没有人会喜欢。所以,永远记住:
“绝不重新定义继承而来的缺省参数(Never redefine function’s inherited default parameters value.)”
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关于c++语言
目前我基本上都是在c++的子集“面向对象编程”下工作,对于更复杂的知识了解的还不是很多。即便如此,到目前为止编程时需要注意的东西已经很多,而且后面可能还会继续增多,这也许是很多人反对c++的原因。
c++是Google的四大官方语言之一。但是Google近几年确推出了go语言,而且定位是和c/c++相似。考虑这种情况,我认为可能是Google的程序员们深感c++的复杂,所以想开发一种c++的替代语言。有时间要了解一下go语言,看它在类似c++的问题上时如何取舍的。
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