• 第十八章 类和对象——多态

    一、多态的基本概念

    多态是C++面向对象三大特性之一

    多态分为两类

    • 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

    下面通过案例进行讲解多态

    1. class Animal
    2. {
    3. public:
    4.     //Speak函数就是虚函数
    5.     //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。
    6.     virtual void speak()
    7.     {
    8.         cout << "动物在说话" << endl;
    9.     }
    10. };
    11. ​
    12. class Cat :public Animal
    13. {
    14. public:
    15.     void speak()
    16.     {
    17.         cout << "小猫在说话" << endl;
    18.     }
    19. };
    20. ​
    21. class Dog :public Animal
    22. {
    23. public:
    24. ​
    25.     void speak()
    26.     {
    27.         cout << "小狗在说话" << endl;
    28.     }
    29. ​
    30. };
    31. //我们希望传入什么对象，那么就调用什么对象的函数
    32. //如果函数地址在编译阶段就能确定，那么静态联编
    33. //如果函数地址在运行阶段才能确定，就是动态联编
    34. ​
    35. void DoSpeak(Animal & animal)
    36. {
    37.     animal.speak();
    38. }
    39. //
    40. //多态满足条件： 
    41. //1、有继承关系
    42. //2、子类重写父类中的虚函数
    43. //多态使用：
    44. //父类指针或引用指向子类对象
    45. ​
    46. void test01()
    47. {
    48.     Cat cat;
    49.     DoSpeak(cat);
    50. ​
    51. ​
    52.     Dog dog;
    53.     DoSpeak(dog);
    54. }
    55. ​
    56. ​
    57. int main() {
    58. ​
    59.     test01();
    60. ​
    61.     system("pause");
    62. ​
    63.     return 0;
    64. }
     

    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
     

    二、多态的原理剖析
     

     

    vfptr:虚函数（表）指针
     

            v - virtual
     

            f - function
     

            ptr - pointer
     

    vftable:虚函数表
     

            v - virtual
     

            f - function
     

            table - table
     

    三、多态案例一-计算器类
     

    案例描述：
     

    分别利用普通写法和多态技术，设计实现两个操作数进行运算的计算器类
     

     

    多态的优点：
     

    •  
      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
       
     

     

    示例：
     

    1. //普通实现
    2. class Calculator {
    3. public:
    4.     int getResult(string oper)
    5.     {
    6.         if (oper == "+") {
    7.             return m_Num1 + m_Num2;
    8.         }
    9.         else if (oper == "-") {
    10.             return m_Num1 - m_Num2;
    11.         }
    12.         else if (oper == "*") {
    13.             return m_Num1 * m_Num2;
    14.         }
    15.         //如果要提供新的运算，需要修改源码
    16.     }
    17. public:
    18.     int m_Num1;
    19.     int m_Num2;
    20. };
    21. ​
    22. void test01()
    23. {
    24.     //普通实现测试
    25.     Calculator c;
    26.     c.m_Num1 = 10;
    27.     c.m_Num2 = 10;
    28.     cout << c.m_Num1 << " + " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("+") << endl;
    29. ​
    30.     cout << c.m_Num1 << " - " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("-") << endl;
    31. ​
    32.     cout << c.m_Num1 << " * " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("*") << endl;
    33. }
    34. ​
    35. ​
    36. ​
    37. //多态实现
    38. //抽象计算器类
    39. //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
    40. class AbstractCalculator
    41. {
    42. public :
    43. ​
    44.     virtual int getResult()
    45.     {
    46.         return 0;
    47.     }
    48. ​
    49.     int m_Num1;
    50.     int m_Num2;
    51. };
    52. ​
    53. //加法计算器
    54. class AddCalculator :public AbstractCalculator
    55. {
    56. public:
    57.     int getResult()
    58.     {
    59.         return m_Num1 + m_Num2;
    60.     }
    61. };
    62. ​
    63. //减法计算器
    64. class SubCalculator :public AbstractCalculator
    65. {
    66. public:
    67.     int getResult()
    68.     {
    69.         return m_Num1 - m_Num2;
    70.     }
    71. };
    72. ​
    73. //乘法计算器
    74. class MulCalculator :public AbstractCalculator
    75. {
    76. public:
    77.     int getResult()
    78.     {
    79.         return m_Num1 * m_Num2;
    80.     }
    81. };
    82. ​
    83. ​
    84. void test02()
    85. {
    86.     //创建加法计算器
    87.     AbstractCalculator *abc = new AddCalculator;
    88.     abc->m_Num1 = 10;
    89.     abc->m_Num2 = 10;
    90.     cout << abc->m_Num1 << " + " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
    91.     delete abc;  //用完了记得销毁
    92. ​
    93.     //创建减法计算器
    94.     abc = new SubCalculator;
    95.     abc->m_Num1 = 10;
    96.     abc->m_Num2 = 10;
    97.     cout << abc->m_Num1 << " - " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
    98.     delete abc;  
    99. ​
    100.     //创建乘法计算器
    101.     abc = new MulCalculator;
    102.     abc->m_Num1 = 10;
    103.     abc->m_Num2 = 10;
    104.     cout << abc->m_Num1 << " * " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
    105.     delete abc;
    106. }
    107. ​
    108. int main() {
    109. ​
    110.     //test01();
    111. ​
    112.     test02();
    113. ​
    114.     system("pause");
    115. ​
    116.     return 0;
    117. }
     

     
 
    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
     

     

    四、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；
       
     

    示例：
     

    1. class Base
    2. {
    3. public:
    4.     //纯虚函数
    5.     //类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类
    6.     //抽象类无法实例化对象
    7.     //子类必须重写父类中的纯虚函数，否则也属于抽象类
    8.     virtual void func() = 0;
    9. };
    10. ​
    11. class Son :public Base
    12. {
    13. public:
    14.     virtual void func() 
    15.     {
    16.         cout << "func调用" << endl;
    17.     };
    18. };
    19. ​
    20. void test01()
    21. {
    22.     Base * base = NULL;
    23.     //base = new Base; // 错误，抽象类无法实例化对象
    24.     base = new Son;
    25.     base->func();
    26.     delete base;//记得销毁
    27. }
    28. ​
    29. int main() {
    30. ​
    31.     test01();
    32. ​
    33.     system("pause");
    34. ​
    35.     return 0;
    36. }
     

    五、多态案例二-制作饮品
     

    案例描述：
     

    制作饮品的大致流程为：煮水 - 冲泡 - 倒入杯中 - 加入辅料
     

    利用多态技术实现本案例，提供抽象制作饮品基类，提供子类制作咖啡和茶叶
     

     

    示例：
     

    1. //抽象制作饮品
    2. class AbstractDrinking {
    3. public:
    4.     //烧水
    5.     virtual void Boil() = 0;
    6.     //冲泡
    7.     virtual void Brew() = 0;
    8.     //倒入杯中
    9.     virtual void PourInCup() = 0;
    10.     //加入辅料
    11.     virtual void PutSomething() = 0;
    12.     //规定流程
    13.     void MakeDrink() {
    14.         Boil();
    15.         Brew();
    16.         PourInCup();
    17.         PutSomething();
    18.     }
    19. };
    20. ​
    21. //制作咖啡
    22. class Coffee : public AbstractDrinking {
    23. public:
    24.     //烧水
    25.     virtual void Boil() {
    26.         cout << "煮农夫山泉!" << endl;
    27.     }
    28.     //冲泡
    29.     virtual void Brew() {
    30.         cout << "冲泡咖啡!" << endl;
    31.     }
    32.     //倒入杯中
    33.     virtual void PourInCup() {
    34.         cout << "将咖啡倒入杯中!" << endl;
    35.     }
    36.     //加入辅料
    37.     virtual void PutSomething() {
    38.         cout << "加入牛奶!" << endl;
    39.     }
    40. };
    41. ​
    42. //制作茶水
    43. class Tea : public AbstractDrinking {
    44. public:
    45.     //烧水
    46.     virtual void Boil() {
    47.         cout << "煮自来水!" << endl;
    48.     }
    49.     //冲泡
    50.     virtual void Brew() {
    51.         cout << "冲泡茶叶!" << endl;
    52.     }
    53.     //倒入杯中
    54.     virtual void PourInCup() {
    55.         cout << "将茶水倒入杯中!" << endl;
    56.     }
    57.     //加入辅料
    58.     virtual void PutSomething() {
    59.         cout << "加入枸杞!" << endl;
    60.     }
    61. };
    62. ​
    63. //业务函数
    64. void DoWork(AbstractDrinking* drink) {
    65.     drink->MakeDrink();
    66.     delete drink;
    67. }
    68. ​
    69. void test01() {
    70.     DoWork(new Coffee);
    71.     cout << "--------------" << endl;
    72.     DoWork(new Tea);
    73. }
    74. ​
    75. ​
    76. int main() {
    77. ​
    78.     test01();
    79. ​
    80.     system("pause");
    81. ​
    82.     return 0;
    83. }
     

    六、虚析构和纯虚析构
     

    多态使用时，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(){}
     

     

    示例：
     

    1. class Animal {
    2. public:
    3. ​
    4.     Animal()
    5.     {
    6.         cout << "Animal 构造函数调用！" << endl;
    7.     }
    8.     virtual void Speak() = 0;
    9. ​
    10.     //析构函数加上virtual关键字，变成虚析构函数
    11.     //virtual ~Animal()
    12.     //{
    13.     //  cout << "Animal虚析构函数调用！" << endl;
    14.     //}
    15. ​
    16. ​
    17.     virtual ~Animal() = 0;
    18. };
    19. ​
    20. Animal::~Animal()
    21. {
    22.     cout << "Animal 纯虚析构函数调用！" << endl;
    23. }
    24. ​
    25. //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。
    26. ​
    27. class Cat : public Animal {
    28. public:
    29.     Cat(string name)
    30.     {
    31.         cout << "Cat构造函数调用！" << endl;
    32.         m_Name = new string(name);
    33.     }
    34.     virtual void Speak()
    35.     {
    36.         cout << *m_Name <<  "小猫在说话!" << endl;
    37.     }
    38.     ~Cat()
    39.     {
    40.         cout << "Cat析构函数调用!" << endl;
    41.         if (this->m_Name != NULL) {
    42.             delete m_Name;
    43.             m_Name = NULL;
    44.         }
    45.     }
    46. ​
    47. public:
    48.     string *m_Name;
    49. };
    50. ​
    51. void test01()
    52. {
    53.     Animal *animal = new Cat("Tom");
    54.     animal->Speak();
    55. ​
    56.     //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
    57.     //怎么解决？给基类增加一个虚析构函数
    58.     //虚析构函数就是用来解决通过父类指针释放子类对象
    59.     delete animal;
    60. }
    61. ​
    62. int main() {
    63. ​
    64.     test01();
    65. ​
    66.     system("pause");
    67. ​
    68.     return 0;
    69. }
     

     

    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
     

     

    七、多态案例三-电脑组装
     

    案例描述：
     

    电脑主要组成部件为 CPU（用于计算），显卡（用于显示），内存条（用于存储）
     

    将每个零件封装出抽象基类，并且提供不同的厂商生产不同的零件，例如Intel厂商和Lenovo厂商
     

    创建电脑类提供让电脑工作的函数，并且调用每个零件工作的接口
     

    测试时组装三台不同的电脑进行工作
     

    示例：
     

    1.  #include
    2.  using namespace std;
    3.  ​
    4.  //抽象CPU类
    5.  class CPU
    6.  {
    7.  public:
    8.      //抽象的计算函数
    9.      virtual void calculate() = 0;
    10.  };
    11.  ​
    12.  //抽象显卡类
    13.  class VideoCard
    14.  {
    15.  public:
    16.      //抽象的显示函数
    17.      virtual void display() = 0;
    18.  };
    19.  ​
    20.  //抽象内存条类
    21.  class Memory
    22.  {
    23.  public:
    24.      //抽象的存储函数
    25.      virtual void storage() = 0;
    26.  };
    27.  ​
    28.  //电脑类
    29.  class Computer
    30.  {
    31.  public:
    32.      Computer(CPU * cpu, VideoCard * vc, Memory * mem)
    33.      {
    34.          m_cpu = cpu;
    35.          m_vc = vc;
    36.          m_mem = mem;
    37.      }
    38.  ​
    39.      //提供工作的函数
    40.      void work()
    41.      {
    42.          //让零件工作起来，调用接口
    43.          m_cpu->calculate();
    44.  ​
    45.          m_vc->display();
    46.  ​
    47.          m_mem->storage();
    48.      }
    49.  ​
    50.      //提供析构函数 释放3个电脑零件
    51.      ~Computer()
    52.      {
    53.  ​
    54.          //释放CPU零件
    55.          if (m_cpu != NULL)
    56.          {
    57.              delete m_cpu;
    58.              m_cpu = NULL;
    59.          }
    60.  ​
    61.          //释放显卡零件
    62.          if (m_vc != NULL)
    63.          {
    64.              delete m_vc;
    65.              m_vc = NULL;
    66.          }
    67.  ​
    68.          //释放内存条零件
    69.          if (m_mem != NULL)
    70.          {
    71.              delete m_mem;
    72.              m_mem = NULL;
    73.          }
    74.      }
    75.  ​
    76.  private:
    77.  ​
    78.      CPU * m_cpu; //CPU的零件指针
    79.      VideoCard * m_vc; //显卡零件指针
    80.      Memory * m_mem; //内存条零件指针
    81.  };
    82.  ​
    83.  //具体厂商
    84.  //Intel厂商
    85.  class IntelCPU :public CPU
    86.  {
    87.  public:
    88.      virtual void calculate()
    89.      {
    90.          cout << "Intel的CPU开始计算了！" << endl;
    91.      }
    92.  };
    93.  ​
    94.  class IntelVideoCard :public VideoCard
    95.  {
    96.  public:
    97.      virtual void display()
    98.      {
    99.          cout << "Intel的显卡开始显示了！" << endl;
    100.      }
    101.  };
    102.  ​
    103.  class IntelMemory :public Memory
    104.  {
    105.  public:
    106.      virtual void storage()
    107.      {
    108.          cout << "Intel的内存条开始存储了！" << endl;
    109.      }
    110.  };
    111.  ​
    112.  //Lenovo厂商
    113.  class LenovoCPU :public CPU
    114.  {
    115.  public:
    116.      virtual void calculate()
    117.      {
    118.          cout << "Lenovo的CPU开始计算了！" << endl;
    119.      }
    120.  };
    121.  ​
    122.  class LenovoVideoCard :public VideoCard
    123.  {
    124.  public:
    125.      virtual void display()
    126.      {
    127.          cout << "Lenovo的显卡开始显示了！" << endl;
    128.      }
    129.  };
    130.  ​
    131.  class LenovoMemory :public Memory
    132.  {
    133.  public:
    134.      virtual void storage()
    135.      {
    136.          cout << "Lenovo的内存条开始存储了！" << endl;
    137.      }
    138.  };
    139.  ​
    140.  ​
    141.  void test01()
    142.  {
    143.      //第一台电脑零件
    144.      CPU * intelCpu = new IntelCPU;
    145.      VideoCard * intelCard = new IntelVideoCard;
    146.      Memory * intelMem = new IntelMemory;
    147.  ​
    148.      cout << "第一台电脑开始工作：" << endl;
    149.      //创建第一台电脑
    150.      Computer * computer1 = new Computer(intelCpu, intelCard, intelMem);
    151.      computer1->work();
    152.      delete computer1;
    153.  ​
    154.      cout << "-----------------------" << endl;
    155.      cout << "第二台电脑开始工作：" << endl;
    156.      //第二台电脑组装
    157.      Computer * computer2 = new Computer(new LenovoCPU, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);;
    158.      computer2->work();
    159.      delete computer2;
    160.  ​
    161.      cout << "-----------------------" << endl;
    162.      cout << "第三台电脑开始工作：" << endl;
    163.      //第三台电脑组装
    164.      Computer * computer3 = new Computer(new LenovoCPU, new IntelVideoCard, new LenovoMemory);;
    165.      computer3->work();
    166.      delete computer3;
    167.  ​
    168.  }
     

    
                
    
                    
    
                
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                    原文地址：https://blog.csdn.net/qq_26126363/article/details/133826508
                
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