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多態(tài)基本概念和原理剖析
多態(tài)：多態(tài)是C++面向?qū)ο蟮娜筇匦灾弧６鄳B(tài)分為靜態(tài)多態(tài)和動(dòng)態(tài)多態(tài)。靜態(tài)多態(tài)：函數(shù)重載和運(yùn)算符重載屬于靜態(tài)多態(tài)，復(fù)用函數(shù)名。動(dòng)態(tài)多態(tài)：派生類和虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)多態(tài)。
區(qū)別：
靜態(tài)多態(tài)的函數(shù)地址早綁定，編譯階段確定函數(shù)地址。
動(dòng)態(tài)多態(tài)的函數(shù)地址晚綁定，運(yùn)行階段確定函數(shù)地址。
#include <iostream>
using namespace std;
//動(dòng)態(tài)多態(tài)滿足條件
//1、有繼承關(guān)系
//2、子類重寫父類的虛函數(shù) 重寫是指返回值 函數(shù)名 參數(shù)完全一樣 重載是指函數(shù)名相同
//動(dòng)態(tài)多態(tài)使用
//父類的指針或引用，指向子類對(duì)象
//當(dāng)子類重寫父類的虛函數(shù)，子類中的虛函數(shù)表內(nèi)部會(huì)替換成子類的虛函數(shù)地址，將&Animal::speak替換成&Cat::speak
//動(dòng)物類
class Animal {
public:
//虛函數(shù)
virtual void speak(){
cout << "動(dòng)物在說話" << endl;
}
};
//貓類
class Cat :public Animal {
public:
void speak() {
cout << "小貓?jiān)谡f話" << endl;
}
};
//狗類
class Dog :public Animal {
public:
void speak() {
cout << "小狗在說話" << endl;
}
};
//執(zhí)行說話的函數(shù)
//地址早綁定，在編譯階段就確定了函數(shù)的地址
//雖然想讓貓說話，但是這里輸出了動(dòng)物在說話 因?yàn)榈刂吩缃壎?
//如果想讓貓說話，這個(gè)函數(shù)的地址就不能提前綁定，需要在運(yùn)行階段進(jìn)行綁定，也即地址晚綁定
void DoSpeak(Animal &animal) {
animal.speak();
}
void test01() {
Cat cat;
DoSpeak(cat); //雖然想讓貓說話，但是這里輸出了動(dòng)物在說話，因?yàn)榈刂吩缃壎ǎ舾割惛臑樘摵瘮?shù)地址晚綁定，就是貓?jiān)谡f話
Dog dog;
DoSpeak(dog);
}
void test02() {
cout << "size of Animal = " << sizeof(Animal) << endl;
}
int main() {
//test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
多態(tài)案例1 計(jì)算器類
分別使用普通寫法和多態(tài)技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行運(yùn)算的計(jì)算器類。
多態(tài)優(yōu)點(diǎn)：
1、代碼組織結(jié)構(gòu)清晰
2、可讀性強(qiáng)
3、便于前期和后期的擴(kuò)展與維護(hù)
#include<iostream>
using namespace std;
//普通寫法
class Calculate {
public:
int GetResult(string oper) {
if (oper == "+") {
return num1 + num2;
}
else if (oper == "-") {
return num1 - num2;
}
else if (oper == "*") {
return num1 * num2;
}
//如果想擴(kuò)展新的功能，需要修改原碼，在實(shí)際開發(fā)中，提倡開閉原則：對(duì)擴(kuò)展進(jìn)行開發(fā)，對(duì)修改進(jìn)行關(guān)閉
}
int num1;
int num2;
};
void test01() {
//創(chuàng)建計(jì)算器對(duì)象
Calculate c;
c.num1 = 10;
c.num2 = 10;
cout << c.num1 << " + "<< c.num2 << " = " <<c.GetResult("+") << endl;
cout << c.num1 << " - "<< c.num2 << " = " <<c.GetResult("-") << endl;
cout << c.num1 << " * "<< c.num2 << " = " <<c.GetResult("*") << endl;
}
//利用多態(tài)實(shí)現(xiàn)計(jì)算器
//多態(tài)的優(yōu)點(diǎn)
//1、組織結(jié)構(gòu)清晰
//2、可讀性強(qiáng)
//3、對(duì)于前期擴(kuò)展和后期維護(hù)性能高
//實(shí)現(xiàn)計(jì)算器抽象類
class AbstractCalculate {
public:
virtual int Result() {
return 0;
}
int m_num1;
int m_num2;
};
//加法計(jì)算器類
class AddCalculate : public AbstractCalculate{
public:
int Result() {
return m_num1 + m_num2;
}
};
//減法計(jì)算器類
class SubCalculate : public AbstractCalculate {
public:
int Result() {
return m_num1 - m_num2;
}
};
//乘法計(jì)算器類
class MulCalculate : public AbstractCalculate {
public:
int Result() {
return m_num1 * m_num2;
}
};
void test02() {
//多態(tài)使用指針
//父類指針或者引用指向子類對(duì)象
//加法運(yùn)算
AbstractCalculate* p = new AddCalculate;
p->m_num1 = 100;
p->m_num2 = 100;
cout << p->m_num1 << " + " << p->m_num2 << " = " << p->Result() <<endl;
//用完后釋放新開辟的堆區(qū)數(shù)據(jù)
delete p;
//減法運(yùn)算
p = new SubCalculate;
p->m_num1 = 100;
p->m_num2 = 100;
cout << p->m_num1 << " - " << p->m_num2 << " = " << p->Result() << endl;
delete p;
//乘法運(yùn)算
p = new MulCalculate;
p->m_num1 = 100;
p->m_num2 = 100;
cout << p->m_num1 << " * " << p->m_num2 << " = " << p->Result() << endl;
delete p;
}
int main() {
//test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
純虛函數(shù)和抽象類
在多態(tài)中，通常父類函數(shù)的虛函數(shù)是無意義的，主要都是調(diào)用子類重寫的內(nèi)容。
因此可以將虛函數(shù)改為純虛函數(shù)。當(dāng)類中有了純虛函數(shù)，這個(gè)類也稱為抽象類。
.抽象類特點(diǎn)：無法實(shí)例化對(duì)象；子類必須重新抽象類中的純虛函數(shù)，否則也屬于抽象類。
#include<iostream>
using namespace std;
//純虛函數(shù)語法 virtual 返回值 函數(shù)名（參數(shù)列表） = 0；
//當(dāng)類中有了純虛函數(shù)，這個(gè)類也稱為抽象類，抽象類不能實(shí)例化對(duì)象，子類必須重寫抽象類里的純虛函數(shù)，不然子類也屬于抽象類
class Base {
public:
//純虛函數(shù) 只要有純虛函數(shù)這個(gè)類就是抽象類
virtual void func() = 0;
};
class Son :public Base {
public:
void func() {
cout << "Son類下的func函數(shù)調(diào)用" << endl;
}
};
void test01() {
/*抽象類是無法實(shí)例化對(duì)象的
Base b;
new Base;*/
Son s;
s.func();
//多態(tài)方式調(diào)用 父類的指針new一個(gè)子類
Base* p = new Son;
p->func();
delete p;
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
多態(tài)案例2 制作飲品
利用多態(tài)技術(shù)實(shí)現(xiàn)制作飲品的流程，提供抽象制作飲品基類，提供子類制作咖啡和茶。
這里使用指針多態(tài)而不是引用的原因在于，引用需先實(shí)例化對(duì)象，但是有純虛函數(shù)的抽象類無法實(shí)例化對(duì)象。
#include<iostream>
using namespace std;
class AbstractDrinking {
public:
//煮水
virtual void Boil() = 0;
//沖泡
virtual void Brew() = 0;
//倒入杯中
virtual void DropInCup() = 0;
//加入輔料
virtual void AddSomething() = 0;
//制作飲品
void MakeDrink() {
Boil();
Brew();
DropInCup();
AddSomething();
}
};
//制作咖啡流程
class Coffee : public AbstractDrinking {
public:
//煮水
virtual void Boil() {
cout << "煮一壺沸水" << endl;
}
//沖泡
virtual void Brew() {
cout << "沖泡咖啡粉" << endl;
}
//倒入杯中
virtual void DropInCup() {
cout << "將咖啡倒入杯中" << endl;
}
//加入輔料
virtual void AddSomething() {
cout << "將牛奶和白糖加入咖啡中" << endl;
}
};
//制作茶水流程
class Tea : public AbstractDrinking {
public:
//煮水
virtual void Boil() {
cout << "煮一壺沸水" << endl;
}
//沖泡
virtual void Brew() {
cout << "沖泡西湖龍井" << endl;
}
//倒入杯中
virtual void DropInCup() {
cout << "將茶水倒入杯中" << endl;
}
//加入輔料
virtual void AddSomething() {
cout << "將枸杞加入茶水中" << endl;
}
};
//制作飲品函數(shù)
void DoWork(AbstractDrinking *p) { //這里相當(dāng)于 AbstractDrinking *p = new Coffee;
//若這里不使用指針，改為引用，test01的函數(shù)就不能使用
//因?yàn)橐檬窍葘?shí)例化對(duì)象再調(diào)用對(duì)象，抽象類無法實(shí)例化對(duì)象
p->MakeDrink();
delete p; //防止內(nèi)存泄露，使用后記得釋放內(nèi)存
}
void test01() {
//想喝一杯咖啡
DoWork(new Coffee);
cout << "-----------------------------------" << endl;
//想喝一杯西湖龍井茶
DoWork(new Tea);
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
虛析構(gòu)和純虛析構(gòu)
使用多態(tài)技術(shù)時(shí)，如果有子類開辟到堆區(qū)，那么父類指針在釋放時(shí)無法調(diào)用到子類的析構(gòu)代碼。解決該問題的方法是
將父類中的析構(gòu)函數(shù)改為虛析構(gòu)或者純虛析構(gòu)。
虛析構(gòu)和純虛析構(gòu)共性：
1、可以解決父類指針釋放子類對(duì)象
2、都需要有具體的函數(shù)實(shí)現(xiàn)虛析構(gòu)和純虛析構(gòu)區(qū)別：
如果是純虛析構(gòu)，該類屬于抽象類，無法實(shí)例化對(duì)象。
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
//動(dòng)物類
class Animal {
public:
Animal() {
cout << "這是Animal的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用" << endl;
}
//純虛函數(shù)
virtual void Speak() = 0;
//為了走子類的虛構(gòu)函數(shù)，需要將父類的虛構(gòu)函數(shù)改為虛析構(gòu)
/*virtual ~Animal() {
cout << "這是Animal的析構(gòu)函數(shù)調(diào)用" << endl;
}*/
//純虛析構(gòu)函數(shù) 父類的堆區(qū)可能也被開辟需要釋放，因此父類的析構(gòu)也必須需要聲明，也需要實(shí)現(xiàn)
//有純虛析構(gòu)后這個(gè)類也屬于抽象類，無法實(shí)例化對(duì)象
virtual ~Animal() = 0;
};
Animal:: ~Animal() {
cout << "這是Animal類的寫在外部的純虛析構(gòu)函數(shù)調(diào)用" << endl;
}
//貓類
class Cat : public Animal{
public:
//Cat類的構(gòu)造函數(shù)
Cat(string name) {
cout << "這是Cat類的構(gòu)造函數(shù)" << endl;
m_name = new string(name);
}
void Speak() {
cout << *m_name<<"小貓的叫聲" << endl;
}
~Cat() {
if (m_name != NULL) {
//父類指針在析構(gòu)的時(shí)候，不會(huì)調(diào)用子類中的析構(gòu)函數(shù)，導(dǎo)致子類中有堆區(qū)開辟的數(shù)據(jù)沒有被釋放干凈導(dǎo)致內(nèi)存泄露
cout << "這是Cat類的析構(gòu)函數(shù)" << endl;
delete m_name;
m_name = NULL;
}
}
string *m_name;
};
void test01() {
Animal* p = new Cat("Tom"); //如果子類中沒有堆區(qū)數(shù)據(jù)，可以不寫虛析構(gòu)或純虛析構(gòu)函數(shù)
p->Speak();
delete p; //堆區(qū)開辟以后，釋放指針
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
多態(tài)案例3 電腦組裝
電腦主要部件為CPU，顯卡和內(nèi)存條。將每個(gè)零件封裝出抽象基類，并提供不同的廠商生產(chǎn)不同的零件。創(chuàng)建電腦類提供讓電腦工作的函數(shù)，并且調(diào)用每個(gè)零件工作的接口。測(cè)試時(shí)組裝三臺(tái)不同的電腦進(jìn)行工作。
#include<iostream>
using namespace std;
//每個(gè)零件都封裝出抽象的基類
//CPU類
class Cpu {
public:
//抽象的計(jì)算函數(shù)
virtual void Calculate() = 0;
//virtual ~Cpu() = 0;
};
//Cpu::~Cpu() {
// cout << "Cpu類寫在外部的純虛析構(gòu)函數(shù)調(diào)用" << endl;
//}
//顯卡類
class VideoCard {
public:
//抽象的顯示函數(shù)
virtual void Display() = 0;
};
//內(nèi)存條類
class Memory {
public:
//抽象的存儲(chǔ)函數(shù)
virtual void Storage() = 0;
};
//電腦類
class Computer {
public:
Computer(Cpu* cpu, VideoCard* videocard, Memory* memory) {
m_cpu = cpu;
m_videocard = videocard;
m_memory = memory;
}
//工作函數(shù):讓零件調(diào)用起來的工作接口 父類指針調(diào)用接口時(shí)就已經(jīng)是多態(tài)技術(shù)了
void DoWork() {
//Cpu進(jìn)行計(jì)算操作
m_cpu->Calculate();
//顯卡進(jìn)行顯示操作
m_videocard->Display();
//內(nèi)存條進(jìn)行存儲(chǔ)操作
m_memory->Storage();
}
//提供析構(gòu)函數(shù)釋放電腦的三個(gè)零件
~Computer() {
if (m_cpu != NULL) {
delete m_cpu;
m_cpu = NULL;
}
if (m_videocard != NULL) {
delete m_videocard;
m_videocard = NULL;
}
if (m_memory != NULL) {
delete m_memory;
m_memory = NULL;
}
}
private:
Cpu *m_cpu;
VideoCard *m_videocard;
Memory *m_memory;
};
//具體廠商///
//因特爾廠商
class IntelCpu :public Cpu{
public:
//子類重寫父類的虛函數(shù)
virtual void Calculate() {
cout << "Intel的Cpu開始計(jì)算了！" << endl;
}
/*~IntelCpu() {
cout << "這是子類IntelCpu的析構(gòu)函數(shù)調(diào)用" << endl;
}*/
};
class IntelVideoCard :public VideoCard {
public:
//子類重寫父類的虛函數(shù)
virtual void Display() {
cout << "Intel的顯卡開始顯示屏幕了！" << endl;
}
};
class IntelMemory :public Memory {
public:
//子類重寫父類的虛函數(shù)
virtual void Storage() {
cout << "Intel的內(nèi)存條開始存儲(chǔ)數(shù)據(jù)了！" << endl;
}
};
//Lenovo廠商
class LenovoCpu :public Cpu {
public:
//子類重寫父類的虛函數(shù)
virtual void Calculate() {
cout << "Lenovo的Cpu開始計(jì)算了！" << endl;
}
};
class LenovoVideoCard :public VideoCard {
public:
//子類重寫父類的虛函數(shù)
virtual void Display() {
cout << "Lenovo的顯卡開始顯示屏幕了！" << endl;
}
};
class LenovoMemory :public Memory {
public:
//子類重寫父類的虛函數(shù)
virtual void Storage() {
cout << "Lenovo的內(nèi)存條開始存儲(chǔ)數(shù)據(jù)了！" << endl;
}
};
//開始測(cè)試，組裝不同的電腦
void test01() {
//第一臺(tái)電腦的零件
//父類指針指向了子類對(duì)象，利用了多態(tài)技術(shù)
Cpu* intelcpu = new IntelCpu;
VideoCard* intelvideocard = new IntelVideoCard;
Memory* intelmemory = new IntelMemory;
//創(chuàng)建第一臺(tái)電腦
cout << "組裝好的第一臺(tái)電腦配置如下：" << endl;
Computer* computer1 = new Computer(intelcpu,intelvideocard,intelmemory);
computer1->DoWork();
delete computer1;
//創(chuàng)建第二臺(tái)電腦
cout << "組裝好的第二臺(tái)電腦配置如下：" << endl;
Computer* computer2 = new Computer(new LenovoCpu, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);
computer2->DoWork();
delete computer2;
//創(chuàng)建第三臺(tái)電腦
cout << "組裝好的第三臺(tái)電腦配置如下：" << endl;
Computer* computer3 = new Computer(new LenovoCpu, new IntelVideoCard, new LenovoMemory);
computer3->DoWork();
delete computer3;
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
原文鏈接：https://blog.csdn.net/weixin_44884304/article/details/122066349
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