C++和java多態的區別

C++中，如果父類中的函數前邊標有virtual，才顯現出多態。

如果父類func是virtual的，則

Super *p =new Sub();

p->func(); // 調用子類的func

如果不是virtual的，p->func將調用父類原來的函數。

 

Java中，不管寫不寫virtual都是多態的，子類的同名函數會override父類的。與C++很不同的是，初始化的過程也不相同。在還未初始化子類的時候，子類的同名函數就已經覆蓋了父類的了。例如：

public class Super {
    public Super() {
        System.out.println("super constructor...");
        m();
    }

    protected void m() {

        System.out.println("test");
    }
}

 

public class Sub extends Super{
    private final Date date;
    public Sub(){

            System.out.println("sub constructor...");        
        date=new Date();}
    public void m()
    {
        System.out.println(date);
    }

    public static void main(String[] args)
    { 
        Super test1=new Sub();

        test1.m();  //執行的子類的m
    }
}

new Sub的時候首先調用Super，Super建構函式調用的m就已經是被Sub覆蓋的m，所以會print出null（因為日期沒有初始化）。所以在java中，不要在父類建構函式中調用外部可改變的方法，有可能會輸出可改變方法中還沒初始化的東西。

但是，同樣的初始化在C++中，初始化一個子類的時候，父類調用的m，是父類自己的m，不會調用子類的。

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另外一個參考也很有用：http://7880.com/info/Article-51701560.html，如下：

C++和java中多態機制的異同

以前我有個錯誤的觀點：即使在C++和java中多態性的實現機制可能不同，但它們的表現形式應該相同，也就是說如果代碼結構相同，那麼執行結果也應該相同。可惜事與願違，事情並不總是你想象中的那樣子。（在看下文以前，你最好先考慮一下這個問題，你有什麼看法呢？）

ok,讓我們進入正題。

首先本文不討論物件導向編程的基本概念，如封裝、繼承和資料抽象等，這方面的資料現在應該多如牛毛，只是稍微提一下多態性的概念。根據Bjarne Stoustrup的說法，多態性其實就是方法調用的機制，也就是說當在編譯時間無法確定一個對象的實際類型時，應當能夠在運行時基於對象的實際類型來決定調用的具體方法（動態綁定）。

我們先來看一下在C++中的函數調用方式：

Ø 普通函數調用：具體調用哪個方法在編譯時間就可以決定（通過尋找編譯器的符號表），同時在使用標準流程調用機制基礎上增加一個表示對象身份的指標（this指標）。

Ø 虛函數調用：函數調用依賴於對象的實際類型，一般地說，對象的實際類型只能在已耗用時間才能確定。虛函數一般要有兩個步驟來支援，首先每一個類產生出一堆指向虛函數的指標，放在表格中，這個表格就叫虛函數表（virtual table）；然後每一個類對象（class object）會添加一個指向相關虛函數表（virtual table）的指標，通常這個指標叫做vptr。

在java中又是如何的呢？恩，區別還是滿大的。在java虛擬機器中，類執行個體的引用就是指向一個控制代碼（handle）的指標，而該控制代碼（handle）其實是一對指標：其中一個指標指向一張表，該表格包含了對象的方法列表以及一個指向類對象（表示物件類型）的指標；另一個指標指向一塊記憶體位址，該記憶體是從java堆中為對象的資料而分配出來的。

唔，你要說了，好象差不多嘛，不是都要維護一張函數表嗎？別急，讓我們先看一下例子，這樣你就能更好的理解它們之間的區別到底有多大了。

下面是C++和java的例子，不看後面的答案，你能夠正確說出它們的執行結果嗎？

例1：C++

class Base

{

public:

Base()

{

init();

}

virtual ~Base() {}

public:

virtual void do_init()

{

init();

}

protected:

virtual void init()

{

cout << "in Base::init()" << endl;

}

};

class Derived : public Base

{

public:

Derived()

{

init();

}

protected:

void init()

{

cout << "in Derived::init()" << endl;

}

};

int main(int argc, char* argv[])

{

Base* pb;

pb = new Derived();

delete pb;

return 0;

}

例2：java

class Base

{

public Base()

{

init();

}

protected void init()

{

System.out.println("in Base::init()");

}

public void do_init()

{

init();

}

}

class Derived extends Base

{

public Derived()

{

init();

}

protected void init()

{

System.out.println("in Derived::init()");

}

}

public class Test

{

public static void main(String[] args)

{

Base base = new Derived();

}

}

例1的執行結果是：

in Base::init()

in Derived::init()

例2的執行結果是：

in Derived::init()

in Derived::init()

看了結果後，你是馬上頓悟呢抑或是處於疑惑中呢？ok,我們來分析一下兩個例子的執行過程。

首先看一下例1（C++的例子）：

1. Base* pb; 只是聲明，不做什麼。

2. pb = new Derived();

1) 調用new操作符，分配記憶體。

2) 調用基類（本例中是Base）的建構函式

3) 在基類的建構函式中調用init()，執行程式首先判斷出當前對象的實際類型是Base（Derived還沒構造出來，當然不會是Derived），所以這裡調用的是Base::init()。

4) 調用衍生類別（本例中是Derived）的建構函式，在這裡同樣要調用init()，執行程式判斷出當前對象的實際類型是Derived，調用Derived::init()。

3. delete pb; 無關緊要。

例2（java的例子）的執行過程：

1. Base base = new Derived();

1) 分配記憶體。

2) 調用基類（本例中是Base）的建構函式

3) 在基類的建構函式中調用init()，執行程式首先判斷出當前對象的實際類型是Derived（對，Derived已經構造出來，它的函數表當然也已經確定了）所以這裡調用的是Derived::init()。

4) 調用衍生類別（本例中是Derived）的建構函式，在這裡同樣要調用init()，執行程式判斷出當前對象的實際類型是Derived，調用Derived::init()。

明白了吧。java中的類對象在構造前（調用建構函式之前）就已經存在了，其函數表和物件類型也已經確定了，就是說還沒有出生就已經存在了。而C++中只有在構造完畢後（所有的建構函式都被成功調用）才存在，其函數表和對象的實際類型才會確定。所以這兩個例子的執行結果會不一樣。當然，構造完畢後，C++與java的表現就都一樣了，例如你調用Derived::do_init()的話，其執行結果是：

in Derived::init()。

個人認為，java中的多態實現機制沒有C++中的好。還是以例子說明吧：

例子3：C++

class Base

{

public:

Base()

{

init();

}

virtual ~Base() {}

protected:

int value;

virtual void init()

{

value = 100;

}

};

class Derived : public Base

{

public:

Derived()

{

init();

}

protected:

void init()

{

cout << "value = " << value << endl;

// 做一些額外的初始化工作

}

};

int main(int argc, char* argv[])

{

Base* pb;

pb = new Derived();

delete pb;

return 0;

}

例4：java

class Base

{

public Base()

{

init();

}

protected int value;

protected void init()

{

value = 100;

}

}

class Derived extends Base

{

public Derived()

{

init();

}

protected void init()

{

System.out.println("value = " + value);

// 做一些額外的初始化工作

}

}

public class Test

{

public static void main(String[] args)

{

Base base = new Derived();

}

}

例3的執行結果是：

value = 10

例4的執行結果是：

value = 0

value = 0

從以上結果可以看出，java例子中應該被初始化的值（這裡是value）沒有被初始化，衍生類別根本不能重用基類的初始化函數。試問，如果初始化要在構造時完成，並且初始化邏輯比較複雜，衍生類別也需要額外的初始化，衍生類別是不是需要重新實現基類的初始化函數呢？這樣的物件導向方法好不好呢？歡迎大家討論。

作者的連絡方式：smart_ttc@yahoo.com.cn

Reference:

1. Stanley B. Lippman：深度探索C++物件模型（Inside The C++ Object Model）。

---- 侯捷譯，華中科技出版社 2001

 

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另外一個關於java的例子：

http://blog.csdn.net/lzz313/archive/2009/06/16/4274936.aspx

class Parent{

          int x=10;
          public Parent(){
               add(2);
          }
          void add(int y){
               x+=y;
          }
     }

     class Child extends Parent{
          int x=9;
          void add(int y){
               x+=y;
          }
          public static void main(String[] args){
               Parent p=new Child();
               System.out.println(p.x);
          }  
     }

  問輸出結果是什嗎？
     答案應該是10。
     要理解結果為什麼是10，需要首先明白下面的知識：
     (1)方法和變數在繼承時的隱藏與覆蓋
     隱藏：若B隱藏了A的變數或方法，那麼B不能訪問A被隱藏的變數或方法，但將B轉換成A後可以訪問A被隱藏的變數或者方法。
     覆蓋：若B覆蓋了A的變數或者方法，那麼不僅B不能訪問A被覆蓋的變數或者方法，將B轉換成A後同樣不能訪問A被覆蓋的變數或者方法。
     (2)Java中變數與方法在繼承中的隱藏與覆蓋規則：
          一、父類的執行個體變數和類變數能被子類的同名變數隱藏。
          二、父類的靜態方法被子類的同名靜態方法隱藏，父類的執行個體方法被子類的同名執行個體方法覆蓋。
          三、不能用子類的靜態方法隱藏父類的執行個體方法，也不能用子類的執行個體方法覆蓋父類的靜態方法，否則編譯器會異常。
          四、用final關鍵字修飾的最終方法不能被覆蓋。
          五、變數只能被隱藏不會被覆蓋，子類的執行個體變數可以隱藏父類的類變數，子類的類變數也可以隱藏父類的執行個體變數。
     在上面的試題中，子類Child的執行個體方法add(int y)覆蓋了父類Parent的執行個體方法add(int y)，而子類的執行個體變數x則是隱藏了父類的執行個體變數x。
     Child對象的初始化過程是：
     首先為父類的執行個體變數x分配記憶體空間，因為在定義變數x時為它賦了值(int x=10),所以會同時將這個值賦給x。
     其次調用父類的無參建構函式，Parent的建構函式中做的唯一的事情就是調用了add(2);
     第三、由於子類的add(int y)方法覆蓋了父類的方法，所以add(2)實際調用的是子類的方法，在子類的add方法中做了如下操作x+=j;在這裡由於子類的執行個體變數x隱藏了父類的執行個體變數x，所以這條語句是針對子類本身的，但是這時還沒有為子類的實力變數x分配空間，它的預設值是0，加2之後是2。
     第四、父類初始化完畢後接著初始化子類，為子類的x分配記憶體空間並將它賦值為9，之前的add(2)操作白瞎了。
     再次注意Parent p=new Child();這條語句，它是用父類的引用指向子類的對象，而前面已經說過變數只會被隱藏不會被覆蓋，所以這時的p.x值應該是父類的10，而不是子類的9；
     如果將輸出語句換成下面的語句結果就是9了：
     System.out..println(((Child)p).x); //首先將p轉換成Child類型