C++ 中基类与子类指针互换的实现

在C++编程中，基类指针和子类指针之间的相互赋值是一个常见的操作，涉及到多态性、类型安全和动态绑定等概念。这里我们将深入探讨如何在非虚函数和虚函数环境下实现这种赋值，并理解它们在运行时的行为。 首先，我们来看给出的代码片段，它定义了一个基类`animal`和一个继承自`animal`的子类`fish`。这两个类都包含了一个名为`breathe`的函数，但在基类中没有声明为虚函数（`virtual`）。 ```cpp class animal { public: void breathe(); // 非虚函数 }; class fish : public animal { public: void breathe(); // 非虚函数 }; ``` 当`breathe`不是虚函数时，基类指针调用这个函数会直接执行基类的实现，而不会考虑实际指向的对象类型。例如： ```cpp animal* base_ptr = new fish; // 将子类对象赋给基类指针 base_ptr->breathe(); // 调用 animal 的 breathe 实现，而非 fish 的 ``` 然而，如果我们希望在基类指针调用成员函数时根据实际指向的对象类型来确定调用哪个版本的函数，我们需要将函数声明为虚函数。这样，即使基类指针指向子类对象，也会执行子类的重写版本。修改后的代码如下： ```cpp class animal { public: virtual void breathe(); // 虚函数 }; class fish : public animal { public: void breathe() override; // 覆盖基类的 breathe 函数 }; ``` 现在，当我们使用基类指针调用`breathe`时，会执行`fish`的`breathe`函数，因为这是子类对基类虚函数的覆盖： ```cpp animal* base_ptr = new fish; base_ptr->breathe(); // 调用 fish 的 breathe 实现，因为是虚函数 ``` 关于子类指针赋值给基类指针，C++允许这样做，因为子类是基类的一个扩展，所以任何子类对象都可以被视为一个基类对象。但是，反过来，基类指针赋值给子类指针是不允许的，因为这可能导致类型不匹配和编译错误。如果必须进行这种转换，可以使用强制类型转换（但应谨慎使用，因为它可能隐藏类型信息并导致运行时错误）： ```cpp animal* base_ptr = new fish; fish* derived_ptr = dynamic_cast<fish*>(base_ptr); // 动态类型转换 if (derived_ptr != nullptr) { derived_ptr->breathe(); // 现在可以安全地调用 fish 版本的 breathe } ``` 总结起来，C++中的基类指针和子类指针相互赋值涉及到多态性、虚函数和类型安全。在非虚函数情况下，基类指针调用成员函数会执行基类的实现；而在虚函数情况下，会根据实际指向的对象类型来确定调用哪个版本的函数。同时，子类指针可以安全地赋值给基类指针，但基类指针不能直接赋值给子类指针，除非使用强制类型转换。理解这些原则对于编写高效、安全的C++代码至关重要。