python多态和虚函数 python纯虚函数

虚函数有什么作用啊?和多态性有什么关系?

虚函数最大的好处是可以保持驱动程序的变量数据在增加派生类后可以不发生修改，已经统一程序接口，如：

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class B

{

public:

virtual void Run()=0;

};

class A : public B

{

public:

virtual void Run(){ cout"run A"endl; }

};

class C: public B

{

public:

virtual void Run(){ cout"run B"endl; }

};

现在有一个驱动模块，如类 Drv

class Drv

{

public:

void Execute()

{

b-Run();

}

private:

B *b;

};

即使以后派生类扩展了，这个驱动程序的数据程序，已经主要函数基本不做修改，使得出错率降低。如果不用虚函数，可能的代码为：

class Drv

{

public:

void Execute()

{

switch(a)

{

case 0: a.Run(); break;

case 1: c.Run(); break;

//以后可能还要增加其它派生类对象

}

private:

int sel

A a;

B b;

//以后可能还要增加其它派生类对象

};

显然每增加一个派生类，就要对上面做多处修改！！！

2. 通用接口，如：

void Execute(B b)

{

b.Run();

}

这样可以使用如：

A a;

Execute(a);

C c;

Execute(c);

使得程序降低，否则需要定义给每个类为参数的函数，如：

void Execute(A a)

{

a.Run();

}

void Execute(C c)

{

c.Run();

}

上面的两个例子可以看到虚函数的好处！！

Python中的多态？

times函数为例谈谈多态，就像我们看到的那样，times函数中表达式×*y的意义完全取决于x和y的对象类型，同样的函数，在一个实例下执行的是乘法，在另一个实例下执行的却是重复。Python把对某一对象在某种语法下的合理性交给那个对象自身来判断。实际上，*作为一个分派机制，将执行的控制权移交给被处理的对象。

这种依赖类型的行为称为多态，其含义就是一个操作的意义取决于被操作对象的类型。因为Python是动态类型语言，所以多态在Python中随处可见。事实上，在 Python中所有操作都是多态的操作:print、index、*运算符，以及更多。这实际上是有意而为的，并且从很大程度上算作是这门语言简洁性和灵活性的一个表现。例如，函数可以自动地应用到所有类别的对象上。只要对象支持所预期的接口（也称为协议)，函数就能处理它们。也就是说，如果传给函数的对象支持预期的方法和表达式运算符，那么它们对函数的逻辑来说就是有着即插即用的兼容性。

即使是简单的times 函数，对任意两个支持*的对象都可以执行，无论它是哪种类型，也不管它是何时编写的。这个函数对于数字来说是有效的（执行乘法)，或者一个字符串和一个数字（执行重复)，或者任意其他支持扩展接口的兼容对象——甚至是我们尚未编写过的基于类的对象。

python 多态协议详解

接口(python 中的协议)的多种不同的实现方式即为多态。多态的作用，就是为了类在继承和派生的时候，保证使用“家谱”中任一类的实例的某一属性时的正确调用。

可以看到，在上面的代码中，只要实现了 Dock 类中的 swimming 和 Walk 方法，那么这个类就可以被叫做 Dock 类

应用场景如： for 循环，在python 中 for 循环只能用于可迭代对象，那么，我自己定义的类实现了 __iter__协议（接口），这个实例类就是一个可迭代对象，可以被for 循环使用

python 中定义协议类协议使用 @abstractmethod 装饰器，@abstractmethod 装饰过的类是不能进行初始化的，相对于c++中的纯虚函数类

这个类只能当做协议（接口）类

虚函数和多态如何理解？

多态的实现主要分为静态多态和动态多态，静态多态主要是重载，在编译的时候就已经确定；动态多态是用虚函数机制实现的，在运行期间动态绑定。

举个例子：一个父类类型的指针指向一个子类对象时候，使用父类的指针去调用子类中重写了的父类中的虚函数的时候，会调用子类重写过后的函数，在父类中声明为加了virtual关键字的函数，在子类中重写时候不需要加virtual也是虚函数。

虚函数的作用是什么？有哪些用处？何处体现多态？

虚函数联系到多态，多态联系到继承。所以本文中都是在继承层次上做文章。没了继承，什么都没得谈。

下面是对C++的虚函数这玩意儿的理解。

一，什么是虚函数（如果不知道虚函数为何物，但有急切的想知道，那你就应该从这里开始）

简单地说，那些被virtual关键字修饰的成员函数，就是虚函数。虚函数的作用，用专业术语来解释就是实现多态性（Polymorphism），多态性是将接口与实现进行分离；用形象的语言来解释就是实现以共同的方法，但因个体差异而采用不同的策略。下面来看一段简单的代码

class A{

public:

void print(){ cout”This is A”endl;}

};

class B:public A{

public:

void print(){ cout”This is B”endl;}

};

int main(){ //为了在以后便于区分，我这段main()代码叫做main1

A a;

B b;

a.print();

b.print();

}

通过class A和class B的print()这个接口，可以看出这两个class因个体的差异而采用了不同的策略，输出的结果也是我们预料中的，分别是This is A和This is B。但这是否真正做到了多态性呢？No，多态还有个关键之处就是一切用指向基类的指针或引用来操作对象。那现在就把main()处的代码改一改。

int main(){ //main2

A a;

B b;

A* p1=a;

A* p2=b;

p1-print();

p2-print();

}

运行一下看看结果，哟呵，蓦然回首，结果却是两个This is A。问题来了，p2明明指向的是class B的对象但却是调用的class A的print()函数，这不是我们所期望的结果，那么解决这个问题就需要用到虚函数

class A{

public:

virtual void print(){ cout”This is A”endl;} //现在成了虚函数了

};

class B:public A{

public:

void print(){ cout”This is B”endl;} //这里需要在前面加上关键字virtual吗？

};

毫无疑问，class A的成员函数print()已经成了虚函数，那么class B的print()成了虚函数了吗？回答是Yes，我们只需在把基类的成员函数设为virtual，其派生类的相应的函数也会自动变为虚函数。所以，class B的print()也成了虚函数。那么对于在派生类的相应函数前是否需要用virtual关键字修饰，那就是你自己的问题了。

现在重新运行main2的代码，这样输出的结果就是This is A和This is B了。

现在来消化一下，我作个简单的总结，指向基类的指针在操作它的多态类对象时，会根据不同的类对象，调用其相应的函数，这个函数就是虚函数。

二，虚函数是如何做到的（如果你没有看过《Inside The C++ Object Model》这本书，但又急切想知道，那你就应该从这里开始）

虚函数是如何做到因对象的不同而调用其相应的函数的呢？现在我们就来剖析虚函数。我们先定义两个类

class A{ //虚函数示例代码

public:

virtual void fun(){cout1endl;}

virtual void fun2(){cout2endl;}

};

class B:public A{

public:

void fun(){cout3endl;}

void fun2(){cout4endl;}

};

由于这两个类中有虚函数存在，所以编译器就会为他们两个分别插入一段你不知道的数据，并为他们分别创建一个表。那段数据叫做vptr指针，指向那个表。那个表叫做vtbl，每个类都有自己的vtbl，vtbl的作用就是保存自己类中虚函数的地址，我们可以把vtbl形象地看成一个数组，这个数组的每个元素存放的就是虚函数的地址，请看图

通过上图，可以看到这两个vtbl分别为class A和class B服务。现在有了这个模型之后，我们来分析下面的代码

A *p=new A;

p-fun();

毫无疑问，调用了A::fun()，但是A::fun()是如何被调用的呢？它像普通函数那样直接跳转到函数的代码处吗？No，其实是这样的，首先是取出vptr的值，这个值就是vtbl的地址，再根据这个值来到vtbl这里，由于调用的函数A::fun()是第一个虚函数，所以取出vtbl第一个slot里的值，这个值就是A::fun()的地址了，最后调用这个函数。现在我们可以看出来了，只要vptr不同，指向的vtbl就不同，而不同的vtbl里装着对应类的虚函数地址，所以这样虚函数就可以完成它的任务。

而对于class A和class B来说，他们的vptr指针存放在何处呢？其实这个指针就放在他们各自的实例对象里。由于class A和class B都没有数据成员，所以他们的实例对象里就只有一个vptr指针。通过上面的分析，现在我们来实作一段代码，来描述这个带有虚函数的类的简单模型。

#includeiostream

using namespace std;

//将上面“虚函数示例代码”添加在这里

int main(){

void (*fun)(A*);

A *p=new B;

long lVptrAddr;

memcpy(lVptrAddr,p,4);

memcpy(fun,reinterpret_castlong*(lVptrAddr),4);

fun(p);

delete p;

system("pause");

}

用VC或Dev-C++编译运行一下，看看结果是不是输出3，如果不是，那么太阳明天肯定是从西边出来。现在一步一步开始分析

void (*fun)(A*); 这段定义了一个函数指针名字叫做fun，而且有一个A*类型的参数，这个函数指针待会儿用来保存从vtbl里取出的函数地址

A* p=new B; new B是向内存(内存分5个区:全局名字空间,自由存储区,寄存器,代码空间,栈)自由存储区申请一个内存单元的地址然后隐式地保存在一个指针中.然后把这个地址附值给A类型的指针P.

long lVptrAddr; 这个long类型的变量待会儿用来保存vptr的值

memcpy(lVptrAddr,p,4); 前面说了，他们的实例对象里只有vptr指针，所以我们就放心大胆地把p所指的4bytes内存里的东西复制到lVptrAddr中，所以复制出来的4bytes内容就是vptr的值，即vtbl的地址

现在有了vtbl的地址了，那么我们现在就取出vtbl第一个slot里的内容

memcpy(fun,reinterpret_castlong*(lVptrAddr),4); 取出vtbl第一个slot里的内容，并存放在函数指针fun里。需要注意的是lVptrAddr里面是vtbl的地址，但lVptrAddr不是指针，所以我们要把它先转变成指针类型

fun(p); 这里就调用了刚才取出的函数地址里的函数，也就是调用了B::fun()这个函数，也许你发现了为什么会有参数p,其实类成员函数调用时，会有个this指针，这个p就是那个this指针，只是在一般的调用中编译器自动帮你处理了而已，而在这里则需要自己处理。

delete p;和system("pause"); 这个我不太了解，算了，不解释这个了

如果调用B::fun2()怎么办？那就取出vtbl的第二个slot里的值就行了

memcpy(fun,reinterpret_castlong*(lVptrAddr+4),4); 为什么是加4呢？因为一个指针的长度是4bytes，所以加4。或者memcpy(fun,reinterpret_castlong*(lVptrAddr)+1,4); 这更符合数组的用法，因为lVptrAddr被转成了long*型别，所以+1就是往后移sizeof(long)的长度

三，以一段代码开始

#includeiostream

using namespace std;

class A{ //虚函数示例代码2

public:

virtual void fun(){ cout"A::fun"endl;}

virtual void fun2(){cout"A::fun2"endl;}

};

class B:public A{

public:

void fun(){ cout"B::fun"endl;}

void fun2(){ cout"B::fun2"endl;}

}; //end//虚函数示例代码2

int main(){

void (A::*fun)(); //定义一个函数指针

A *p=new B;

fun=A::fun;

(p-*fun)();

fun = A::fun2;

(p-*fun)();

delete p;

system("pause");

}

你能估算出输出结果吗？如果你估算出的结果是A::fun和A::fun2，呵呵，恭喜恭喜，你中圈套了。其实真正的结果是B::fun和B::fun2，如果你想不通就接着往下看。给个提示，A::fun和A::fun2是真正获得了虚函数的地址吗？

首先我们回到第二部分，通过段实作代码，得到一个“通用”的获得虚函数地址的方法

#includeiostream

using namespace std;

//将上面“虚函数示例代码2”添加在这里

void CallVirtualFun(void* pThis,int index=0){

void (*funptr)(void*);

long lVptrAddr;

memcpy(lVptrAddr,pThis,4);

memcpy(funptr,reinterpret_castlong*(lVptrAddr)+index,4);

funptr(pThis); //调用

}

int main(){

A* p=new B;

CallVirtualFun(p); //调用虚函数p-fun()

CallVirtualFun(p,1);//调用虚函数p-fun2()

system("pause");

}

现在我们拥有一个“通用”的CallVirtualFun方法。

这个通用方法和第三部分开始处的代码有何联系呢？联系很大。由于A::fun()和A::fun2()是虚函数，所以A::fun和A::fun2获得的不是函数的地址，而是一段间接获得虚函数地址的一段代码的地址，我们形象地把这段代码看作那段CallVirtualFun。编译器在编译时，会提供类似于CallVirtualFun这样的代码，当你调用虚函数时，其实就是先调用的那段类似CallVirtualFun的代码，通过这段代码，获得虚函数地址后，最后调用虚函数，这样就真正保证了多态性。同时大家都说虚函数的效率低，其原因就是，在调用虚函数之前，还调用了获得虚函数地址的代码。

最后的说明：本文的代码可以用VC6和Dev-C++4.9.8.0通过编译，且运行无问题。其他的编译器小弟不敢保证。其中，里面的类比方法只能看成模型，因为不同的编译器的低层实现是不同的。例如this指针，Dev-C++的gcc就是通过压栈，当作参数传递，而VC的编译器则通过取出地址保存在ecx中。所以这些类比方法不能当作具体实现

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本文链接：https://www.cdcxhl.com/article28/dodhsjp.html

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