C++ 消息(成員函數調用)的動態綁定
1. 消息的多態性
C++把類看作類型,把以public方式(嚴格講:只有public方式)繼承的派生類看做基類的子類型,這樣就使得在C++面向對象程序中存在下面的三種多態:
1)對象類型的多態:派生類對象的類型既可以是派生類,也可以是基類。
2)對象標誌的多態:基類的指針或引用可以指向或引用基類對象,也可以指向或引用派生類對象。(但是派生類的指針只能指向或引用派生類對象,不能指向或引用基類對象,可以理解為可以將多的給少的,但是不能把少的給多的。)
3)消息的多態,一個可以發送到基類對象的消息,也可以發送到派生類對象。
2. 靜態綁定
在編譯時刻綁定數據的類型。(默認)
3. 動態綁定
在運行的時候綁定數據的類型。
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();//調用A::f,因為C++是靜態綁定
}
void func2(A* p)
{
p->f();//調用A::f,因為C++是靜態綁定
}
3. 虛函數與消息的動態綁定
1)虛函數的定義
在函數返回類型前面加上virtual
class A
{...
public:
virtual void f();//虛函數
}
限制:
a. 只有類的成員函數才可以是虛函數
b. 靜態成員函數不能是虛函數
c. 構造函數不能是虛函數
d. 析構函數可以是(往往)是虛函數
2)虛函數的動態綁定
基類中的一個成員函數如果被定義成虛函數,則在派生類中定義的與之相同型構的成員函數是對該基類成員函數的重定義(或稱覆蓋,override)。
相同型構:函數名相同、參數類型和個數相同、返回值類型相同或者是基類成員函數返回值類型的派生類
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,調用B的f
p->g(); //Error,因為A中沒有g
((B*)p)->g(); //OK,調用B的g
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深入理解C++的動態綁定和靜態綁定
為了支持c++的多態性,才用了動態綁定和靜態綁定。理解他們的區別有助於更好的理解多態性,以及在編程的過程中避免犯錯誤。
需要理解四個名詞:
1、對象的靜態類型:對象在聲明時採用的類型。是在編譯期確定的。
2、對象的動態類型:目前所指對象的類型。是在運行期決定的。對象的動態類型可以更改,但是靜態類型無法更改。
關於對象的靜態類型和動態類型,看一個示例:
class B
{
}
class C : public B
{
}
class D : public B
{
}
D* pD = new D();//pD的靜態類型是它聲明的類型D*,動態類型也是D*
B* pB = pD;//pB的靜態類型是它聲明的類型B*,動態類型是pB所指向的對象pD的類型D*
C* pC = new C();
pB = pC;//pB的動態類型是可以更改的,現在它的動態類型是C*
3、靜態綁定:綁定的是對象的靜態類型,某特性(比如函數)依賴於對象的靜態類型,發生在編譯期。
4、動態綁定:綁定的是對象的動態類型,某特性(比如函數)依賴於對象的動態類型,發生在運行期。
class B
{
void DoSomething();
virtual void vfun();
}
class C : public B
{
void DoSomething();//首先說明一下,這個子類重新定義了父類的no-virtual函數,這是一個不好的設計,會導致名稱遮掩;這裡只是為了說明動態綁定和靜態綁定才這樣使用。
virtual void vfun();
}
class D : public B
{
void DoSomething();
virtual void vfun();
}
D* pD = new D();
B* pB = pD;
讓我們看一下,pD->DoSomething()和pB->DoSomething()調用的是同一個函數嗎?
不是的,雖然pD和pB都指向同一個對象。因為函數DoSomething是一個no-virtual函數,它是靜態綁定的,也就是編譯器會在編譯期根據對象的靜態類型來選擇函數。pD的靜態類型是D*,那麼編譯器在處理pD->DoSomething()的時候會將它指向D::DoSomething()。同理,pB的靜態類型是B*,那pB->DoSomething()調用的就是B::DoSomething()。
讓我們再來看一下,pD->vfun()和pB->vfun()調用的是同一個函數嗎?
是的。因為vfun是一個虛函數,它動態綁定的,也就是說它綁定的是對象的動態類型,pB和pD雖然靜態類型不同,但是他們同時指向一個對象,他們的動態類型是相同的,都是D*,所以,他們的調用的是同一個函數:D::vfun()。
上面都是針對對象指針的情況,對於引用(reference)的情況同樣適用。
指針和引用的動態類型和靜態類型可能會不一致,但是對象的動態類型和靜態類型是一致的。
D D;
D.DoSomething()和D.vfun()永遠調用的都是D::DoSomething()和D::vfun()。
至於那些事動態綁定,那些事靜態綁定,有篇文章總結的非常好:
我總結了一句話:只有虛函數才使用的是動態綁定,其他的全部是靜態綁定。目前我還沒有發現不適用這句話的,如果有錯誤,希望你可以指出來。
特別需要注意的地方
當缺省參數和虛函數一起出現的時候情況有點複雜,極易出錯。我們知道,虛函數是動態綁定的,但是為了執行效率,缺省參數是靜態綁定的。
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()調用都是函數D::vfun(),但是他們的缺省參數是多少?
分析一下,缺省參數是靜態綁定的,pD->vfun()時,pD的靜態類型是D*,所以它的缺省參數應該是20;同理,pB->vfun()的缺省參數應該是10。編寫代碼驗證了一下,正確。
對於這個特性,估計沒有人會喜歡。所以,永遠記住:
“絕不重新定義繼承而來的缺省參數(Never redefine function’s inherited default parameters value.)”
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關於c++語言
目前我基本上都是在c++的子集“面向對象編程”下工作,對於更復雜的知識瞭解的還不是很多。即便如此,到目前為止編程時需要注意的東西已經很多,而且後面可能還會繼續增多,這也許是很多人反對c++的原因。
c++是Google的四大官方語言之一。但是Google近幾年確推出了go語言,而且定位是和c/c++相似。考慮這種情況,我認為可能是Google的程序員們深感c++的複雜,所以想開發一種c++的替代語言。有時間要了解一下go語言,看它在類似c++的問題上時如何取捨的。
通過分享實用的計算機編程語言乾貨,推動中國編程到2025年基本實現普及化,使編程變得全民皆知,最終實現中國編程之崛起,這裡是中國編程2025,感謝大家的支持。
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