C++关于指针,继承和多态介绍

Quirita ·

更新时间:2024-11-10

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指针

指针和继承

指针、继承和多态

指针

我们在书本上学到的指针基本上都是：首先，指针是一个变量；其次，这个变量存储的值是一个地址。这个是对指针的一个基本理解，最近在编程中发现了一些新的东西。

首先，指针不仅仅是一个地址，还存在一个和所指向内容大小相关的值，如下代码：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int a = 10;
    int *pa = &a;
    cout << "pa: " << pa << endl;
    cout << "pa+1: " << pa + 1 << endl;
    short b = 1;
    short *pb = &b;
    cout << "pb: " << pb << endl;
    cout << "pb+1: " << pb + 1 << endl;
    void *ppa = &a;
    cout << "ppa:" << ppa << endl;
    cout << "ppa+1: " << ppa + 1 << endl;
    return 0;
}

从运行结果可以看出pa+1，地址增加了4个字节；pb+1，地址增加了2个字节；ppa+1，地址增加了2个字节；而使用void指针指向整型变量a，此时ppa+1，地址只增加了1个自己。从这个结果我们可以很明显看出，指针不仅仅是一个存地址的变量，还存在一个和内存分配相关的值。其实进一步说，指针不仅仅是一个地址值，还存放着如何解释内存的规则。（void指针只存放地址，没有解释规则）

指针和继承

众所周知，继承可以实现用父类的指针来指向子类的对象，为什么可以这样用呢？正如上面所说，指针保存地址和解释内存的规则，当你声明一个父类指针，那么你就指明了该指针的解释规则，当你将子类地址传给指针时，你就相当于给了一块内存给这个指针，然后这个指针就可以用它的规则去解释这块内存。根据上面的说法，那么我们可以得出，子类对象中必定存在一块内存，其分配方式和父类对象一模一样（如果把这块内存单独提取出来，它就是一个父类对象），事实也是如此，而且这块“父类对象”一般都是存放在子类对象的最前面，这就解释了子类在构造的时候，一定会先调用父类构造函数。同时，“父类对象”指针只能访问自己的父类成员。那么考虑多继承的情况，多继承的子类，其内存空间中必定存在多个“父类对象”空间，这些父类空间的地址必定是不同的，那么就会造成同一个多继承的子类，用其不同的父类指针指向它，其地址值是不同的，实际测试的确如此：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
    public:
        int a = 10;
        long int aa = 100;
};
class B 
{
    public:
        int b = 20;
};
class C : public A, public B
{
    public:
        int c = 30;
};
int main()
{
    C c;
    A *pA;
    B *pB;
    C *pC;
    pA = &c;
    pB = &c;
    pC = &c;
    cout << "pA: " << pA << endl;
    cout << "pB: " << pB << endl;
    cout << "pC: " << pC << endl;
    cout << "pA.a: " << &(pA->a) << endl;
    cout << "pA.aa: " << &(pA->aa) << endl;
    cout << "pB.b: " << &(pB->b) << endl;
    cout << "pC.c: " << &(pC->c) << endl;
    return 0;
}

其内存布局如图，pA、pB都指向各自的“父类对象”空间起始位置，pA只能访问a、aa，pB只能访问b（至于为什么a是int却占8个字节，这个和内存对齐有关，自行查询）。

指针、继承和多态

C++的继承和多态绕不过的一个东西便是虚指针和虚函数，这里简单说一下：首先，在含有虚函数的类中，会产生一个虚函数表，注意这个虚函数表是从属于类的，不是从属于对象，也就是多个对象共享这个虚函数表。其次，每个类声明的对象都会有一个虚指针，这个虚指针指向类的虚函数表。（这里只是简单提及一下，更多的东西可以自行查询）看过很多网上的东西，都说虚指针是每个对象的第一个数据成员，也就是分配在最开头的地址空间。其实，我觉得这句话不完全正确，因为当多继承中有虚函数时，虚函数表就有多个，虚指针也有多个，这些虚指针不一定全都存在于最开始的地址空间。应该说，这些虚指针存在于继承的父类所管理区域的开头：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
    public:
        int a = 10;
        long int aa = 10;
        virtual void f()
        {
        }
};
class B 
{
    public:
        int b = 20;
        virtual void g()
        {
        }
};
class C : public A, public B
{
    public:
        int c = 30;
        virtual void cc()
        {
        }
};
int main()
{
    A *pA;
    B *pB;
    C c;
    pA = &c;
    pB = &c;
    cout << pA << endl;
    cout << &(pA->a) << endl;
    cout << &(pA->aa) << endl;
    cout << pB << endl;
    cout << &(pB->b) << endl;
    cout << &(c.c) << endl;
    return 0;
}