C++ 多态

超、凢脫俗 2024-05-05 22:26 55阅读 0赞

多态是C++面向对象三大特性之一

##    多态分类 ##

● 静态多态: 函数重载 和 运算符重载属于静态多态，复用函数名  
● 动态多态: 派生类和虚函数实现运行时多态  
静态多态和动态多态区别：  
● 静态多态的函数地址早绑定 - 编译阶段确定函数地址  
● 动态多态的函数地址晚绑定 - 运行阶段确定函数地址

#include<iostream>
    using namespace std;
    class Animal{
    public:
        //Speak函数就是虚函数
    //函数前面加上virtual关键字，变成虚函数，那么编译器在编译的时候就不能确定函数调用了。
        virtual void speak() {
            cout << "Animal speak" << endl;
        }
    };
    class Cat : public Animal{
    public:
        void speak(){
            cout << "Cat speak" << endl;
        }
    };
    class Dog : public Animal{
    public:
        void speak(){
            cout << "Dog speak" << endl;
        }
    };
    //我们希望传入什么对象，那么就调用什么对象的函数
    //如果函数地址在编译阶段就能确定，那么静态联编
    //如果函数地址在运行阶段才能确定，就是动态联编
    //  这个地方加& 不知道为啥？ 如果不加& 会调用animal的speak函数
    void speak(Animal &animal){
        animal.speak();
    }
    int main() {
        Cat cat;
        speak(cat);
        Dog dog;
        speak(dog);
    
        return 0;
    }

全局speak函数那里参数加了引用&，不知道是为啥，但是去了引用符号，调用的是父类的speak函数。

问了gpt。

在这个情况下，`speak`函数参数为`Animal &animal`，它需要一个`Animal`类型的引用作为参数。当你调用`speak`函数时，如果**不加`&`，则会执行静态联编，即编译器会根据参数的静态类型来确定调用的函数。**因此，无论传递给`speak`函数的对象是`Animal`、`Cat`还是`Dog`，都会调用`Animal`类中的`speak`函数，这就是所谓的静态联编。

但是，你想要实现的是动态联编，即**在运行时根据对象的实际类型来确定调用的函数**。为了实现动态联编，你需要使用指针或引用。在这种情况下，**将参数声明为`Animal &`或`Animal *`都可以实现动态联编。加上`&`的作用是声明一个引用，即允许你传递`Animal`及其派生类的对象，而不仅仅是`Animal`对象。这样，在运行时，函数调用将根据对象的实际类型来确定。**

总结：  
多态满足条件  
● 有继承关系  
● 子类**重写**父类中的虚函数  
多态使用条件  
● 父类指针或引用指向子类对象  
**重写：函数返回值类型 函数名 参数列表 完全一致称为重写。**

## 多态小案例：计算器实现： ##

#include<iostream>
    using namespace std;
    //普通实现
    class Calculator {
    public:
        int getResult(string oper)
        {
            if (oper == "+") {
                return m_Num1 + m_Num2;
            }
            else if (oper == "-") {
                return m_Num1 - m_Num2;
            }
            else if (oper == "*") {
                return m_Num1 * m_Num2;
            }
    //如果要提供新的运算，需要修改源码
        }
    public:
        int m_Num1;
        int m_Num2;
    };
    void test01()
    {
    //普通实现测试
        Calculator c;
        c.m_Num1 = 10;
        c.m_Num2 = 10;
        cout << c.m_Num1 << " + " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("+") << endl;
        cout << c.m_Num1 << " - " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("-") << endl;
        cout << c.m_Num1 << " * " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("*") << endl;
    }
    //多态实现
    //抽象计算器类
    //多态优点：代码组织结构清晰，可读性强，利于前期和后期的扩展以及维护
    class AbstractCalculator
    {
    public :
        virtual int getResult()
        {
            return 0;
        }
        int m_Num1;
        int m_Num2;
    };
    //加法计算器
    class AddCalculator :public AbstractCalculator
    {
    public:
        int getResult()
        {
            return m_Num1 + m_Num2;
        }
    };
    //减法计算器
    class SubCalculator :public AbstractCalculator
    {
    public:
        int getResult()
        {
            return m_Num1 - m_Num2;
        }
    };
    //乘法计算器
    class MulCalculator :public AbstractCalculator
    {
    public:
        int getResult()
        {
            return m_Num1 * m_Num2;
        }
    };
    void test02()
    {
    //创建加法计算器
        AbstractCalculator *abc = new AddCalculator;
        abc->m_Num1 = 10;
        abc->m_Num2 = 10;
        cout << abc->m_Num1 << " + " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
        delete abc; //用完了记得销毁
    //创建减法计算器
        abc = new SubCalculator;
        abc->m_Num1 = 10;
        abc->m_Num2 = 10;
        cout << abc->m_Num1 << " - " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
        delete abc;
    //创建乘法计算器
        abc = new MulCalculator;
        abc->m_Num1 = 10;
        abc->m_Num2 = 10;
        cout << abc->m_Num1 << " * " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
        delete abc;
    }
    int main() {
    //test01();
        test02();
    
        return 0;
    }

总结：C++开发提倡利用多态设计程序架构，因为多态优点很多

## 纯虚函数和抽象类 ##

在多态中，通常父类中虚函数的实现是毫无意义的，主要都是调用子类重写的内容  
因此可以将虚函数改为\*\*纯虚函数\*\*  
纯虚函数语法： virtual 返回值类型 函数名 （参数列表）= 0 ;  
当类中有了纯虚函数，这个类也称为==抽象类==  
抽象类特点：  
● 无法实例化对象  
● 子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类

#include<iostream>
    using namespace std;
    class Base
    {
    public:
    //纯虚函数
    //类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类
    //抽象类无法实例化对象
    //子类必须重写父类中的纯虚函数，否则也属于抽象类
        virtual void func() = 0;
    };
    class Son :public Base
    {
    public:
        virtual void func()
        {
            cout << "func调用" << endl;
        };
    };
    void test01()
    {
        Base * base = NULL;
    //base = new Base; // 错误，抽象类无法实例化对象
        base = new Son;
        base->func();
        delete base;//记得销毁
    }
    int main() {
        test01();
        return 0;
    }

纯虚函数案例：

#include<iostream>
    using namespace std;
    //抽象制作饮品
    class AbstractDrinking {
    public:
    //烧水
        virtual void Boil() = 0;
    //冲泡
        virtual void Brew() = 0;
        //倒入杯中
        virtual void PourInCup() = 0;
    //加入辅料
        virtual void PutSomething() = 0;
    //规定流程
        void MakeDrink() {
            Boil();
            Brew();
            PourInCup();
            PutSomething();
        }
    };
    //制作咖啡
    class Coffee : public AbstractDrinking {
    public:
    //烧水
        virtual void Boil() {
            cout << "煮农夫山泉!" << endl;
        }
    //冲泡
        virtual void Brew() {
            cout << "冲泡咖啡!" << endl;
        }
    //倒入杯中
        virtual void PourInCup() {
            cout << "将咖啡倒入杯中!" << endl;
        }
    //加入辅料
        virtual void PutSomething() {
            cout << "加入牛奶!" << endl;
        }
    };
    //制作茶水
    class Tea : public AbstractDrinking {
    public:
    //烧水
        virtual void Boil() {
            cout << "煮自来水!" << endl;
        }
    //冲泡
        virtual void Brew() {
            cout << "冲泡茶叶!" << endl;
        }
    //倒入杯中
        virtual void PourInCup() {
            cout << "将茶水倒入杯中!" << endl;
        }
    //加入辅料
        virtual void PutSomething() {
            cout << "加入枸杞!" << endl;
        }
    };
    //业务函数
    void DoWork(AbstractDrinking* drink) {
        drink->MakeDrink();
        delete drink;
    }
    int main() {
        DoWork(new Coffee());
        DoWork(new Tea());
        return 0;
    }

虚析构和纯虚析构

如果**子类中有属性开辟到堆区**，那么**父类指针在释放时无法调用到子类的析构代码**

解决方式：将父类中的析构函数改为\*\***虚析构**\*\*或者\*\***纯虚析构**\*\*  
虚析构和纯虚析构共性：  
● 可以解决父类指针释放子类对象  
● 都需要有具体的函数实现  
虚析构和纯虚析构区别：  
● 如果是纯虚析构，该类属于抽象类，无法实例化对象  
虚析构语法：  
virtual ~类名()\{\}  
纯虚析构语法：  
virtual ~类名() = 0;  
类名::~类名()\{\}

#include<iostream>
    using namespace std;
    class Animal {
    public:
        Animal()
        {
            cout << "Animal 构造函数调用！" << endl;
        }
        virtual void Speak() = 0;
    //析构函数加上virtual关键字，变成虚析构函数
    //virtual ~Animal()
    //{
    // cout << "Animal虚析构函数调用！" << endl;
    //}
        virtual ~Animal() = 0;
    };
    Animal::~Animal()
    {
        cout << "Animal 纯虚析构函数调用！" << endl;
    }
    //和包含普通纯虚函数的类一样，包含了纯虚析构函数的类也是一个抽象类。不能够被实例化。
    class Cat : public Animal {
    public:
        Cat(string name)
        {
            cout << "Cat构造函数调用！" << endl;
            m_Name = new string(name);
        }
        virtual void Speak()
        {
            cout << *m_Name << "小猫在说话!" << endl;
        }
        ~Cat()
        {
            cout << "Cat析构函数调用!" << endl;
            if (this->m_Name != NULL) {
                delete m_Name;
                m_Name = NULL;
            }
        }
    public:
        string *m_Name;   //子类再堆区开辟内存空间
    };
    void test01()
    {
        Animal *animal = new Cat("Tom");
        animal->Speak();
    //通过父类指针去释放，会导致子类对象可能清理不干净，造成内存泄漏
    //怎么解决？给基类增加一个虚析构函数
    //虚析构函数就是用来解决通过父类指针释放子类对象
        delete animal;
    }
    int main() {
        test01();
        system("pause");
        return 0;
    }

总结：  
1. 虚析构或纯虚析构就是用来解决通过父类指针释放子类对象  
2. 如果子类中没有堆区数据，可以不写为虚析构或纯虚析构  
3. 拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类