C++封裝繼承多型總結

物件導向的三個基本特徵

物件導向的三個基本特徵是：封裝、繼承、多型。其中，封裝可以隱藏實現細節，使得程式碼模組化；繼承可以擴充套件已存在的程式碼模組（類）；它們的目的都是為了——程式碼重用。而多型則是為了實現另一個目的——介面重用！

封裝                                                                                                                                                                   

什麼是封裝？

封裝可以隱藏實現細節，使得程式碼模組化；封裝是把過程和資料包圍起來，對資料的訪問只能通過已定義的介面。物件導向計算始於這個基本概念，即現實世界可以被描繪成一系列完全自治、封裝的物件，這些物件通過一個受保護的介面訪問其他物件。在物件導向程式設計上可理解為：把客觀事物封裝成抽象的類，並且類可以把自己的資料和方法只讓可信的類或者物件操作，對不可信的進行資訊隱藏。

繼承                                                                                                                                                                      

什麼是繼承？

繼承是指這樣一種能力：它可以使用現有類的所有功能，並在無需重新編寫原來的類的情況下對這些功能進行擴充套件。其繼承的過程，就是從一般到特殊的過程。

通過繼承建立的新類稱為“子類”或“派生類”。被繼承的類稱為“基類”、“父類”或“超類”。要實現繼承，可以通過“繼承”（Inheritance）和“組合”（Composition）來實現。在某些 OOP 語言中，一個子類可以繼承多個基類。但是一般情況下，一個子類只能有一個基類，要實現多重繼承，可以通過多級繼承來實現。

繼承的實現方式？

繼承概念的實現方式有三類：實現繼承、介面繼承和可視繼承。

1. 實現繼承是指使用基類的屬性和方法而無需額外編碼的能力；

2. 介面繼承是指僅使用屬性和方法的名稱、但是子類必須提供實現的能力；

3. 可視繼承是指子窗體（類）使用基窗體（類）的外觀和實現程式碼的能力。

多型                                                                                                                                             

什麼是多型？

多型性（polymorphisn）是允許你將父物件設定成為和一個或更多的他的子物件相等的技術，賦值之後，父物件就可以根據當前賦值給它的子物件的特性以不同的方式運作。簡單的說，就是一句話：允許將子類型別的指標賦值給父類型別的指標。

例子：（2012某**軟體公司筆試題）

請按順序寫出下面程式碼的輸出結果：

答案：call child func

call ~child

call ~base

多型的實現方式分析？

實現多型，有二種方式，覆蓋，過載。覆蓋：是指子類重新定義父類的虛擬函式的做法。過載：是指允許存在多個同名函式，而這些函式的參數列不同（或許引數個數不同，或許引數型別不同，或許兩者都不同）。

分析：

“過載”是指在同一個類中相同的返回型別和方法名，但是引數的個數和型別可以不同

“覆蓋\重寫”是在不同的類中。

其實，過載的概念並不屬於“物件導向程式設計”，過載的實現是：編譯器根據函式不同的參數列，對同名函式的名稱做修飾，然後這些同名函式就成了不同的函式（至少對於編譯器來說是這樣的）。如，有兩個同名函式：function func(p:integer):integer;和function func(p:string):integer;。那麼編譯器做過修飾後的函式名稱可能是這樣的：int_func、str_func。對於這兩個函式的呼叫，在編譯器間就已經確定了，是靜態的（記住：是靜態）。也就是說，它們的地址在編譯期就繫結了（早繫結），因此，過載和多型無關！真正和多型相關的是“覆蓋”。當子類重新定義了父類的虛擬函式後，父類指標根據賦給它的不同的子類指標，動態（記住：是動態！）的呼叫屬於子類的該函式，這樣的函式呼叫在編譯期間是無法確定的（呼叫的子類的虛擬函式的地址無法給出）。因此，這樣的函式地址是在執行期繫結的（晚邦定）。結論就是：過載只是一種語言特性，與多型無關，與物件導向也無關！引用一句Bruce Eckel的話：“不要犯傻，如果它不是晚邦定，它就不是多型。”

C++多型機制的實現：

該部分轉自：http://blog.chinaunix.net/uid-7396260-id-2056657.html

1、c++實現多型的方法

物件導向有了一個重要的概念就是物件的例項，物件的例項代表一個具體的物件，故其肯定有一個資料結構儲存這例項的資料，這一資料包括物件成員變數，如果物件有虛擬函式方法或存在虛繼承的話，則還有相應的虛擬函式或虛表指標，其他函式指標不包括。

虛擬函式在c++中的實現機制就是用虛表和虛指標，但是具體是怎樣的呢？從more effecive c++其中一篇文章裡面可以知道：是每個類用了一個虛表，每個類的物件用了一個虛指標。要講虛擬函式機制，必須講繼承，因為只有繼承才有虛擬函式的動態繫結功能，先講下c++繼承物件例項記憶體分配基礎知識：

從more effecive c++其中一篇文章裡面可以知道：是每個類用了一個虛表，每個類的物件用了一個虛指標。具體的用法如下：
class A
{public:
    virtual void f();
    virtual void g();
private:
    int a
};

class B : public A
{
public:
    void g();
private:
    int b;
};
//A，B的實現省略
因為A有virtual void f（），和g（），所以編譯器為A類準備了一個虛表vtableA，內容如下：

 

A::f 的地址

A::g 的地址

B因為繼承了A，所以編譯器也為B準備了一個虛表vtableB，內容如下：

A::f 的地址

B::g 的地址

注意：因為B::ｇ是重寫了的，所以B的虛表的g放的是B::g的入口地址，但是f是從上面的A繼承下來的，所以f的地址是A::f的入口地址。然後某處有語句 B bB;的時候，編譯器分配空間時，除了A的int a，B的成員int b；以外，還分配了一個虛指標vptr，指向B的虛表vtableB，bB的佈局如下：

vptr ： 指向B的虛表vtableB

int a： 繼承A的成員

int b： B成員

當如下語句的時候：
A *pa = &bB;
pa的結構就是A的佈局（就是說用pa只能訪問的到bB物件的前兩項，訪問不到第三項int b）
那麼pa->g()中，編譯器知道的是，g是一個宣告為virtual的成員函式，而且其入口地址放在表格（無論是vtalbeA表還是vtalbeB表）的第2項，那麼編譯器編譯這條語句的時候就如是轉換：call *(pa->vptr)[1]（C語言的陣列索引從0開始哈~）。
這一項放的是B：：g()的入口地址，則就實現了多型。（注意bB的vptr指向的是B的虛表vtableB）
另外要注意的是，如上的實現並不是唯一的，C++標準只要求用這種機制實現多型，至於虛指標vptr到底放在一個物件佈局的哪裡，標準沒有要求，每個編譯器自己決定。我以上的結果是根據g++ 4.3.4經過反彙編分析出來的。
2、兩種多型實現機制及其優缺點

除了c++的這種多型的實現機制之外，還有另外一種實現機制，也是查表，不過是按名稱查表，是smalltalk等語言的實現機制。這兩種方法的優缺點如下：
（1）、按照絕對位置查表，這種方法由於編譯階段已經做好了索引和表項(如上面的call *(pa->vptr[1]） )，所以執行速度比較快;缺點是：當A的virtual成員比較多（比如1000個），而B重寫的成員比較少（比如2個），這種時候，B的vtableＢ的剩下的998個表項都是放Ａ中的virtual成員函式的指標，如果這個派生體系比較大的時候，就浪費了很多的空間。
比如：GUI庫，以MFC庫為例，MFC有很多類，都是一個繼承體系；而且很多時候每個類只是1、2個成員函式需要在派生類重寫，如果用Ｃ＋＋的虛擬函式機制，每個類有一個虛表，每個表裡面有大量的重複，就會造成空間利用率不高。於是ＭＦＣ的訊息對映機制不用虛擬函式，而用第二種方法來實現多型，那就是：
（２）、按照函式名稱查表，這種方案可以避免如上的問題；但是由於要比較名稱，有時候要遍歷所有的繼承結構，時間效率效能不是很高。（關於MFC的訊息對映的實現，看下一篇文章）
３、總結：
如果繼承體系的基類的virtual成員不多，而且在派生類要重寫的部分佔了其中的大多數時候，用C++的虛擬函式機制是比較好的；但是如果繼承體系的基類的virtual成員很多，或者是繼承體系比較龐大的時候，而且派生類中需要重寫的部分比較少，那就用名稱查詢表，這樣效率會高一些，很多的GUI庫都是這樣的，比如MFC，QT
PS 其實，自從計算機出現之後，時間和空間就成了永恆的主題，因為兩者在98%的情況下都無法協調，此長彼消；這個就是電腦科學中的根本瓶頸之所在。軟體科學和演算法的發展，就看能不能突破這對時空權衡了。呵呵
何止電腦科學如此，整個宇宙又何嘗不是如此呢？最基本的宇宙之謎，還是時間和空間~