【C++笔记】第十九篇 多态

news/2024/4/26 4:39:29/文章来源:https://blog.csdn.net/qq_35793394/article/details/127619342

C++的多态

1. 多态简介

① 多态是C++面向对象三大特性之一。

② 多态分为两类：

  1. 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。
  2. 动态多态：派生类和虚函数实现运行时多态。

③ 静态多态和动态多态区别：

  1. 静态多态的函数地址早绑定，编译阶段确定函数地址。
  2. 动态多态的函数地址晚绑定，运行阶段确定函数地址。

④ 多态满足条件：

  1. 有继承关系
  2. 子类重写父类中的虚函数

④ 多态使用条件：

  1. 父类指针或引用指向子类对象

⑤ 重写：函数返回值类型、函数名、参数列表都完全一致称为重写。

2. 多态地址绑定

2.1 地址早绑定

#include <iostream>
using namespace std;//多态//动物类
class Animal
{
public:void speak(){cout << "动物在说话" << endl;}
};//猫类
class Cat:public Animal
{
public:void speak(){cout << "小猫在说话" << endl;}
};//执行说话的函数
//地址早绑定 在编译阶段确定函数地址
//如果想执行让猫说话，那么这个函数就不能提前绑定，需要在运行阶段进行绑定，地址晚绑定
void doSpeak(Animal &animal)  // Animal & animal = cat
{animal.speak();
}void test01()
{Cat cat;doSpeak(cat);
}int main()
{test01();system("pause");return 0;}
运行结果：  - 动物在说话  - 请按任意键继续. . .
## 2.2 地址晚绑定虚函数
#include <iostream>
using namespace std;//多态//动物类
class Animal
{
public:virtual void speak(){cout << "动物在说话" << endl;}
};//猫类
class Cat:public Animal
{
public://重写 函数返回值类型、函数名、参数列表都完全相同才叫重写void speak()   //子类virtual可写可不写，也可以写 virtual void speak(){cout << "小猫在说话" << endl;}
};//狗类
class Dog:public Animal
{
public:virtual void speak(){cout << "小狗在说话" << endl;}
};//执行说话的函数
//地址早绑定 在编译阶段确定函数地址
//如果想执行让猫说话，那么这个函数就不能提前绑定，需要在运行阶段进行绑定，地址晚绑定//动态多态满足条件
//1、有继承关系
//2、子类重写父类的虚函数//动态多态使用
//父类的引用或指针指向子类对象void doSpeak(Animal &animal)  // Animal & animal = cat
{animal.speak();
}void test01()
{Cat cat;doSpeak(cat);Dog dog;doSpeak(dog);
}int main()
{test01();system("pause");return 0;}
运行结果：  - 小猫在说话  - 小狗在说话  - 请按任意键继续. . .

3. 多态的原理剖析

① 当没有发生重写时，子类中的虚函数表内部为父类的虚函数地址。在这里插入图片描述

② 当子类重写父类的虚函数，子类中的虚函数表内部会替换成子类的虚函数地址。
在这里插入图片描述

#include <iostream>
using namespace std;//多态//动物类
class Animal
{
public:                   //如果是虚函数，那么类里面存了一个指针，类占4个字节virtual void speak()  //如果是非静态成员函数void speak()，那么函数不在类上，空类占1个字节空间                     {cout << "动物在说话" << endl;}
};//猫类
class Cat:public Animal
{
public:void speak()   {cout << "小猫在说话" << endl;}
};//狗类
class Dog:public Animal
{
public:virtual void speak(){cout << "小狗在说话" << endl;}
};//执行说话的函数
//地址早绑定 在编译阶段确定函数地址
//如果想执行让猫说话，那么这个函数就不能提前绑定，需要在运行阶段进行绑定，地址晚绑定//动态多态满足条件
//1、有继承关系
//2、子类重写父类的虚函数//动态多态使用
//父类的引用或指针指向子类对象void doSpeak(Animal &animal)  // Animal & animal = cat
{animal.speak();
}void test01()
{Cat cat;doSpeak(cat);Dog dog;doSpeak(dog);
}void test02()
{cout << "sizeof Animal = " << sizeof(Animal) << endl;
}int main()
{//test01();test02();system("pause");return 0;}
运行结果：  - sizeof Animal = 4  - 请按任意键继续. . .
# 4. 纯虚函数和抽象类
① 在多态中，通常父类中虚函数的实现时毫无意义的，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。② 纯虚函数语法：virtual 返回值类型 函数名 (参数列表) = 0；③ 当类中有了纯虚函数，这个类也称为抽象类。④ 抽象类特点：1. 无法实例化对象
2. 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;//纯虚函数和抽象类
class Base
{
public://纯虚函数//只要有一个纯虚函数，这个类称为抽象类//抽象类特点：//1、无法实例化对象//2、抽象类的子类 必须要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函数调用" << endl;}
};
void test01()
{//Base b;   //抽象类是无法实例化对象//new Base; //抽象类是无法实例化对象//Son s; //子类中必须重写父类中的纯虚函数，否则无法实例化对象Base* base = new Son;base->func();
}int main()
{test01();system("pause");return 0;}
运行结果：  - func函数调用  - 请按任意键继续. . .

5. 虚析构和纯虚析构

① 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子类的析构代码。

② 解决方式：将父类中的析构函数改为虚析构或者纯虚析构。

③ 虚析构和纯虚析构共性：

  1. 可以解决父类指针释放子类对象
  2. 都需要有具体的函数实现

④ 虚析构语法：virtual.类名(){}

⑤ 纯虚析构语法：

  1. virtual~类名 = 0；
  2. 类名::~类名(){}
    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。

#include <iostream>
using namespace std;
#include<string>//纯虚函数和纯虚机构
class Animal 
{
public:Animal(){cout << "Animal构造函数调用" << endl;}//纯虚函数virtual void speak() = 0;/*//利用虚析构可以解决，父类指针释放子类对象时不干净的问题virtual ~Animal(){cout << "Animal析构函数调用" << endl;}*///纯虚析构 需要声明也需要实现//有了纯虚析构之后，这个类也属于抽象类，无法实例化对象virtual ~Animal() = 0;};Animal::~Animal()
{cout << "Animal纯虚析构函数调用" << endl;
}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(){if (m_Name != NULL){cout << "Cat析构函数调用" << endl;delete m_Name;m_Name = NULL;}}string* m_Name;
};void test01()
{Animal* animal = new Cat("Tom");animal->speak();//父类指针在析构时候，不会调用子类中析构函数，导致子类如果有堆区属性，出现内存泄露delete animal;
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
运行结果：  - Animal构造函数调用  - Cat构造函数调用  - Tom小猫在说话  - Cat析构函数调用  - Animal纯虚析构函数调用  - 请按任意键继续. . .
# 6. 计算器

① 案例描述：分布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。

② 多态的优点：

  1. 代码组织结构清晰。
  2. 多可读性强。
  3. 利于前期和后期的扩展以及维护。

③ C++开发提倡利用多态设计程序架构，因为多态优点很多。

6.1 普通写法实现多态

#include <iostream>
using namespace std;
#include<string>//普通方法实现多态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;}//如果想扩展新的功能，需要修改源码//在真的开发中 提倡 开闭原则//开闭原则：对扩展进行开发，对修改进行关闭}int m_Num1; //操作数1int m_Num2; //操作数2
};void test01()
{//创建计算器对象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;}int main()
{test01();system("pause");return 0;}
运行结果：  - 10+10=20  - 10-10=0  - 10*10=100   - 请按任意键继续. . .

6.2 多态设计程序架构

#include <iostream>
using namespace std;
#include<string>//普通方法实现多态#include <iostream>
using namespace std;//多态class AbstractCalculator
{
public:virtual int getResult(){return 0;}int m_Num1;int m_Num2;};//加法计算器类
class AddCalculator : public AbstractCalculator
{
public:int getResult(){return m_Num1 + m_Num2;}
};//减法计算器类
class SubCalculator : public AbstractCalculator
{
public:int getResult(){return m_Num1 - m_Num2;}
};//乘法计算器类
class MulCalculator : public AbstractCalculator
{
public:int getResult(){return m_Num1 * m_Num2;}
};void test02()
{//多态使用条件//父类指针或者引用指向子类对象AbstractCalculator* abc = new AddCalculator;  //这里用的是父类指针指向子类对象abc->m_Num1 = 100;abc->m_Num2 = 200;cout << abc->m_Num1 << "+" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;//用完后记得销毁delete abc;//减法运算abc = new SubCalculator;  //指针并没有释放abc->m_Num1 = 100;abc->m_Num2 = 200;cout << abc->m_Num1 << "-" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;//用完后记得销毁delete abc;//乘法运算abc = new MulCalculator;  //指针并没有释放abc->m_Num1 = 100;abc->m_Num2 = 200;cout << abc->m_Num1 << "*" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;//用完后记得销毁delete abc;
}int main()
{test02();system("pause");return 0;}
运行结果：  - 100+200=300  - 100-200=-100  - 100*200=20000   - 请按任意键继续. . .

7. 制作饮品

① 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

② 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。
在这里插入图片描述

#include <iostream>
using namespace std;class AbstractDring
{
public://煮水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;//制作饮品void makeDrink(){Boil();Brew();PourInCup();PutSomething();}};//制作咖啡
class Coffee :public AbstractDring
{
public://煮水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 << "倒入杯中" << endl;}//加入辅料virtual void PutSomething(){cout << "加入糖和牛奶" << endl;}
};//制作茶叶
class Tea :public AbstractDring
{
public://煮水virtual void Boil(){cout << "煮茶叶" << endl;}//冲泡virtual void Brew(){cout << "冲泡茶叶" << endl;}//倒入杯中virtual void PourInCup(){cout << "倒入杯中" << endl;}//加入辅料virtual void PutSomething(){cout << "加入枸杞" << endl;}
};//制作函数
void doWork(AbstractDring* abs)
{abs->makeDrink();delete abs;  //释放
}void test01()
{//制作咖啡doWork(new Coffee);cout << "----------------" << endl;doWork(new Tea);
}int main()
{test01();system("pause");return 0;}
运行结果：  - 煮农夫山泉  - 冲泡咖啡  - 倒入杯中  - 加入糖和牛奶  - $----------------$  - 煮茶叶  - 冲泡茶叶  - 倒入杯中  - 加入枸杞  - 请按任意键继续. . .

8. 电脑组装

案例描述：电脑用主要组成部件为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Lennovo厂商；创建电脑类提供电脑工作的函数，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。

#include <iostream>
using namespace std;
#include<string>//抽象不同零件类
//抽象CPU类
class CPU
{
public://抽象的计算函数virtual void calculate() = 0;
};//抽象显卡类
class VideoCard
{
public://抽象的显示函数virtual void display() = 0;
};//抽象内存条类
class Memory
{
public://抽象的存储函数virtual void storage() = 0;
};//电脑类
class Computer
{
public:Computer(CPU* cpu, VideoCard* vc, Memory* mem){m_cpu = cpu;m_vc = vc;m_mem = mem;}//提供工作的函数void work(){m_cpu->calculate();m_vc->display();m_mem->storage();}//提供析构函数 释放3个电脑零件~Computer(){if (m_cpu != NULL){delete m_cpu;m_cpu = NULL;}if (m_vc != NULL){delete m_vc;m_vc = NULL;}if (m_mem != NULL){delete m_mem;m_mem = NULL;}}private:CPU* m_cpu; //CPU的零件指针VideoCard* m_vc; //显卡零件指针Memory* m_mem; //内存条零件指针
};//具体厂商
//Intel厂商
class IntelCPU : public CPU
{
public:virtual void calculate(){cout << "Intel的CPU开始计算了！" << endl;}
};class IntelVideoCard : public VideoCard
{
public:virtual void display(){cout << "Intel的显卡开始计算了！" << endl;}
};class IntelMemory : public Memory
{
public:virtual void storage(){cout << "Intel的内存条开始存储了！" << endl;}
};//Lenovo厂商
class LenovoCPU : public CPU
{
public:virtual void calculate(){cout << "Lenovo的CPU开始计算了！" << endl;}
};class LenovoVideoCard : public VideoCard
{
public:virtual void display(){cout << "Lenovo的显卡开始计算了！" << endl;}
};class LenovoMemory : public Memory
{
public:virtual void storage(){cout << "Lenovo的内存条开始存储了！" << endl;}
};void test01()
{//第一台电脑零件CPU* intelCpu = new IntelCPU;VideoCard* intelCard = new IntelVideoCard;Memory* intelMem = new IntelMemory;cout << "第一台电脑开始工作：" << endl;//创建第一台电脑Computer* computer1 = new Computer(intelCpu, intelCard, intelMem);computer1->work();delete computer1;cout << "---------" << endl;cout << "第二台电脑开始工作：" << endl;//创建第二台电脑Computer* computer2 = new Computer(new LenovoCPU, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);computer2->work();delete computer2;cout << "---------" << endl;cout << "第三台电脑开始工作：" << endl;//创建第三台电脑Computer* computer3 = new Computer(new IntelCPU, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);computer3->work();delete computer3;
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
运行结果：  - 第一台电脑开始工作：  - Intel的CPU开始计算了！  - Intel的显卡开始计算了！  - Intel的内存条开始存储了！  - $---------$  - 第二台电脑开始工作：  - Lenovo的CPU开始计算了！  - Lenovo的显卡开始计算了！  - Lenovo的内存条开始存储了！  - $---------$  - 第三台电脑开始工作：  - Intel的CPU开始计算了！  - Lenovo的显卡开始计算了！  - Lenovo的内存条开始存储了！  - 请按任意键继续. . .

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