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C++三大特性之多态

news 来源：原创 2024/9/30 6:23:23

1.多态

1.1多态的概念

在面向对象方法中一般是这样表述多态性的:向不同的对象发送同一个消息，不同的对象在接收时会产生不同的行为(即方法)也就是说，每个对象可以用自己的方式去响应共同的消息。所谓消息，就是调用函数，不同的行为就是指不同的实现，即执行不同的函数。

通俗来说，就是多种形态，具体点就是去完成某个行为，当不同的对象去完成时会产生出不同的状态。

举个栗子：比如买票这个行为，当普通人买票时，是全价买票；学生买票时，是半价买票；军人买票时是优先买票。

1.2多态的分类

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

1.3多态的构成条件

多态是在不同继承关系（构成条件其中之一）的类对象，去调用同一函数，产生了不同的行为。比如Student类继承了Person类。Person对象买票全价，Student对象买票半价。

那么在继承中要构成多态还有两个条件

1. 必须通过基类的指针或者引用调用虚函数

2. 被调用的函数必须是虚函数，且派生类必须对基类的虚函数进行重写。

再看一个例子

#include<iostream>
using namespace std;
//动物类
class Animal
{
public:virtual void speak() = 0;};
//狗类
class Dog:public Animal
{
public:virtual void speak(){cout << "小狗在说话" << endl;}
};
//猫类
class Cat :public Animal
{
public:virtual void speak(){cout << "小猫在说话" << endl;}
};
//动物执行说话的动作
void dospeak(Animal& animal)
{animal.speak();
}
void test01()
{Dog dog;dospeak(dog);Cat cat;dospeak(cat);}
int main()
{test01();return 0;
}

2.虚函数

虚函数：即被virtual修饰的类成员函数称为虚函数。

2.1虚函数存在的意义

在类的继承层次结构中，在不同层次可以出现名字相同，参数个数和类型都相同的，功能不同的函数，编译系统按照同名覆盖原则决定调用对象。为了方便使用，人们想出用一个调用形式，调用基类和派生类的同名函数，通过指针分别调用这些同名的函数。允许在派生类中重新定义和基类同名的函数，并可以通过基类指针或引用来访问积累和派生类中的同名函数。

2.2虚函数的重写(覆盖)

派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数(即派生类虚函数与基类虚函数的返回值类型、函数名字、参数列表完全相同)，称子类的虚函数重写了基类的虚函数。

注意：在重写基类虚函数时，派生类的虚函数在不加virtual关键字时，虽然也可以构成重写(因
为继承后基类的虚函数被继承下来了在派生类依旧保持虚函数属性),但是该种写法不是很规范，不建议这样使用

虚函数重写的两个例外：
1. 协变(基类与派生类虚函数返回值类型不同)
派生类重写基类虚函数时，与基类虚函数返回值类型不同。即基类虚函数返回基类对象的指
针或者引用，派生类虚函数返回派生类对象的指针或者引用时，称为协变。（了解）

2.析构函数的重写(基类与派生类析构函数的名字不同)
如果基类的析构函数为虚函数，此时派生类析构函数只要定义，无论是否加virtual关键字，
都与基类的析构函数构成重写，虽然基类与派生类析构函数名字不同。虽然函数名不相同，
看起来违背了重写的规则，其实不然，这里可以理解为编译器对析构函数的名称做了特殊处
理，编译后析构函数的名称统一处理成destructor

2.3C++11 override 和 final

从上面可以看出，C++对函数重写的要求比较严格，但是有些情况下由于疏忽，可能会导致函数
名字母次序写反而无法构成重载，而这种错误在编译期间是不会报出的，只有在程序运行时没有
得到预期结果才来debug会得不偿失，因此：C++11提供了override和final两个关键字，可以帮
助用户检测是否重写。
1. final：修饰虚函数，表示该虚函数不能再被重写

2.override: 检查派生类虚函数是否重写了基类某个虚函数，如果没有重写编译报错

2.4重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

3.抽象类

3.1概念

在多态中，通常父类中虚函数的实现是毫无意义的，主要都是调用子类的重写方法

因此可以将虚函数改为纯虚函数。

纯虚函数语法：virtual 返回类型函数名（参数列表）= 0；

包含纯虚函数的类叫做抽象类（也叫接口类），抽象类不能实例化出对象。派生类继承后也不能实例化出对象，只有重写纯虚函数，派生类才能实例化出对象。纯虚函数规范了派生类必须重写，另外纯虚函数更体现出了接口继承。

简单示例

3.2接口继承和实现继承

普通函数的继承是一种实现继承，派生类继承了基类函数，可以使用函数，继承的是函数的实
现。虚函数的继承是一种接口继承，派生类继承的是基类虚函数的接口，目的是为了重写，达成
多态，继承的是接口。所以如果不实现多态，不要把函数定义成虚函数

4.虚析构和纯虚析构

4.1概念

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;

4.2具体演示

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
//动物类
class Animal
{
public:Animal(){cout << "Animal()构造" << endl;}virtual void speak() = 0;//纯虚函数~Animal(){cout << "~Animal()析构" << endl;}
};
//猫类
class Cat :public Animal
{
private:string* _name;
public:Cat(string name){_name = new string(name);cout << "Cat()构造" << endl;}virtual void speak(){cout << *_name << "小猫在说话" << endl;}~Cat(){if (_name != nullptr){cout << "~Cat()析构" << endl;delete _name;_name = nullptr;}}
};
//动物执行说话的动作
void dospeak(Animal& animal)
{animal.speak();
}
void test01()
{Animal* animal = new Cat("kay"); animal->speak();delete animal;
}int main()
{test01();return 0;
}