c/c++入门教程 - 2.4.7 多态、函数地址晚绑定（重写，虚函数，纯虚函数，抽象类，虚析构，纯虚析构）
目录
4.7 多态
4.7.1 多态的基本概念（超级重要）
4.7.2 多态的原理刨析（超级重要）
4.7.2 多态案例一：计算器类
4.7.3 纯虚函数和抽象类
4.7.4 多态案例二 - 制作饮品
4.7.5 虚析构和纯虚析构（重要，很迷）
4.7.6 多态案例三 - 电脑组装
4.7 多态
多态是C++面向对象三大特性之一。
4.7.1 多态的基本概念（超级重要）
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。（C++说的多态大多是这种）
静态多态和动态多态区别：（超级重要）
- 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：
P135。
#include
using namespace std;
#include
class Animal
{
public:
// 虚函数
virtual void speak()
{
cout << "动物在说话" << endl;
}
};
class Cat :public Animal
{
public:
// 重写：函数名称、参数列表、函数返回值类型完全相同
// 子类重写的时候，virtual可写可不写，但父类绝对要加
void speak()
{
cout << "小猫在说话" << endl;
}
};
class Dog :public Animal
{
public:
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，所以不管传入什么，都会执行动物类
// 如果想执行让猫说话，那么这个函数地址就不能提前绑定，需要在运行阶段进行绑定，也就是地址晚绑定
void doSpeak(Animal &animal) // Animal &animal = cat
{
animal.speak();
}
// 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：
// 父类的指针或者引用，指向子类对象
void test01()
{
Cat cat;
doSpeak(cat);
Dog dog;
doSpeak(dog);
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
------------------------------------------------------------------------------
小猫在说话
小狗在说话
请按任意键继续. . .
现象：
如果 Animal不加 virtual修改，那么输出的是动物在说话。
而Animal加了 virtual修改，那么输出的是小猫小狗在说话。
总结：
父类引用指向子类对象。如果没有发生多态（父类没有加virtual），会造成函数地址早绑定，所以会输出动物，而不是猫。
C++允许父类子类之间的类型转换，不必强制转换。
传入函数体中的参数，类型是动物。而没有发生多态的话，会造成函数地址早绑定，所以会输出动物，而不是猫。
地址早绑定，在编译阶段确定函数地址。所以不管传入什么，都会执行动物类，而不是猫。
把父类写成虚函数后，子类重写虚函数，下方再次调用的时候就会执行晚绑定。
而我们实际传入的是猫，相当于父类的引用指向子类对象。
由于传入对象不同，来执行确定的函数。传入猫就是猫在说话，传入狗就是狗在说话。
函数地址不能提前确定，要看传进来的是什么对象。
如果想执行让猫说话，那么这个函数地址就不能提前绑定，需要在运行阶段进行绑定，也就是地址晚绑定，父类函数加 virtual修改符。
- 动态多态满足条件：（超级重要）
- 有继承关系。
- 子类重写父类的虚函数。
子类重写的时候，virtual可写可不写，但父类绝对要加。
重载：函数名相同，参数列表、函数返回值类型不一样。
重写：函数名相同，参数列表、函数返回值类型相同。
- 动态多态使用条件：（超级重要）
- 父类的指针或者引用，指向子类对象。
4.7.2 多态的原理刨析（超级重要）
超级重要！！！P136
多态的底层原理：
重写的意义：在于解决继承时，函数名称功能自定义的情形（个人理解）
步骤：
使用上一节例程，将Animal父类的 virtual去掉，输出下 Animal类的占用空间大小，为1个字节。（非静态成员函数不属于类的对象上，分开存储。于是Animal的大小相当于空类，空类为1字节）
virtual还原回来，输出 Animal类的占用空间大小，为4个字节。（虚函数指针，vfptr。virtual function pointer）
vfptr 会指向一个 vftable（虚函数表），表的内部会记录函数地址。
4.7.2 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。
#include
using namespace std;
#include
// 分别利用普通写法和多态技术实现计算器
// 普通写法
class Calculctor
{
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
// 在真实开发中，提倡 开闭原则。对扩展进行开放，对修改进行关闭。
}
int m_Num1;
int m_Num2;
};
void test01()
{
Calculctor c1;
c1.m_Num1 = 10;
c1.m_Num2 = 10;
cout << c1.m_Num1 << " + " << c1.m_Num2 << " = " << c1.getResult("+") << endl;
cout << c1.m_Num1 << " - " << c1.m_Num2 << " = " << c1.getResult("-") << endl;
cout << c1.m_Num1 << " * " << c1.m_Num2 << " = " << c1.getResult("*") << endl;
}
// 利用多态实现计算器
// 实现计算器抽象类
class AbstractCalculctor
{
public:
virtual int getResult()
{
return 0;
}
int m_Num1;
int m_Num2;
};
// 加法计算器子类
class Add :public AbstractCalculctor
{
public:
int getResult()
{
return m_Num1 + m_Num2;
}
};
// 减法计算器子类
class Sub :public AbstractCalculctor
{
public:
int getResult()
{
return m_Num1 - m_Num2;
}
};
// 加法计算器子类
class Mul :public AbstractCalculctor
{
public:
int getResult()
{
return m_Num1 * m_Num2;
}
};
void test02()
{
// 加法运算
AbstractCalculctor * c1 = new Add;
c1->m_Num1 = 10;
c1->m_Num2 = 10;
cout << c1->m_Num1 << " + " << c1->m_Num2 << " = " << c1->getResult() << endl;
delete c1;
// 减法
c1 = new Sub;
c1->m_Num1 = 10;
c1->m_Num2 = 10;
cout << c1->m_Num1 << " - " << c1->m_Num2 << " = " << c1->getResult() << endl;
delete c1;
// 乘法
c1 = new Mul;
c1->m_Num1 = 10;
c1->m_Num2 = 10;
cout << c1->m_Num1 << " * " << c1->m_Num2 << " = " << c1->getResult() << endl;
delete c1;
}
int main() {
//test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
------------------------------------------------------------------------
10 + 10 = 20
10 - 10 = 0
10 * 10 = 100
请按任意键继续. . .
普通写法，如果想扩展新的功能，需要修改源码。
在真实开发中，提倡开闭原则：对扩展进行开放，对修改进行关闭
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。
字节感觉示例不好的地方：
用的堆区，需要释放指针。每次释放都需要重写赋初值，只能实现一种功能，不能通过传参改变功能。
可以在堆区，要先实例化一个子类对象，然后再新建一个父类指针，最后将子类对象的地址赋给父类指针。
4.7.3 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;当类中有了一个纯虚函数，这个类也被称为抽象类。
抽象类特点：
- 无法实例化对象。
- 抽象类的子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类。
抽象类无法实例化：
抽象类的子类，必须要重写父类的纯虚函数，否则也是抽象类：
4.7.4 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。
跟 4.7.1 差不多。父类引用指向子类对象，可以有两种写法。
#include
using namespace std;
#include
// 多态案例2 - 制作饮品
class AbstractDrinking
{
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 AbstractDrinking
{
public:
// 煮水
virtual void Boil()
{
cout << "煮水" << 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
class Tee :public AbstractDrinking
{
public:
// 煮水
virtual void Boil()
{
cout << "煮水" << 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;
}
};
void doMakeDrink1(AbstractDrinking &a)
{
a.makeDrink();
}
void doMakeDrink2(AbstractDrinking *a)
{
a->makeDrink();
delete a;
}
void test01()
{
Tee tee;
doMakeDrink1(tee);
cout << "---------------------------------" << endl;
doMakeDrink2(new Coffee);
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
----------------------------------------------------------------------------
煮水
冲泡茶叶
倒入杯中
加入枸杞
---------------------------------
煮水
冲泡咖啡
倒入杯中
加入糖和牛奶
请按任意键继续. . .
4.7.5 虚析构和纯虚析构（重要，很迷）
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。堆区数据会造成内存泄漏。
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：
- 可以解决分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：
#include
using namespace std;
#include
// 虚析构和纯虚析构
class Animal
{
public:
// 纯虚函数
virtual void speak() = 0;
Animal()
{
cout << "Animal构造" << endl;
}
~Animal()
{
cout << "Animal析构" << endl;
}
};
class Cat :public Animal
{
public:
Cat(string name)
{
cout << "Cat构造" << endl;
m_Name = new string(name); // 将name放入堆区，并且m_Name指针去维护这个数据
}
virtual void speak()
{
cout << *m_Name << "小猫在说话" << endl;
}
~Cat()
{
if (m_Name != NULL)
{
cout << "Cat析构" << endl;
delete m_Name;
m_Name = NULL;
}
}
string* m_Name;
};
void test01()
{
Animal* animal = new Cat("Tom");
animal->speak();
delete animal;
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
---------------------------------------------------------------
Animal构造
Cat构造
Tom小猫在说话
Animal析构
请按任意键继续. . . 没有调用Cat析构。
virtual ~Animal()
{
cout << "Animal析构" << endl;
}将上面 Animal类的析构，前面加 virtual就可以释放的时候执行子类析构了。
利用虚析构可以解决：父类指针释放子类对象的析构
是所有代码都要写虚析构和纯虚析构嘛？？不是的，只有子类开辟在堆区才需要，为了解决子类开辟在堆区，析构释放不到的问题。
#include
using namespace std;
#include
// 虚析构和纯虚析构
class Animal
{
public:
// 纯虚函数
virtual void speak() = 0;
Animal()
{
cout << "Animal构造" << endl;
}
利用虚析构可以解决：父类指针释放子类对象的析构
//virtual ~Animal()
//{
// cout << "Animal析构" << endl;
//}
// 纯虚析构 需要声明，也需要实现
// 如果是纯虚析构，该类属于抽象类，无法实例化对象。
virtual ~Animal() = 0;
};
Animal::~Animal()
{
cout << "Animal析构" << endl;
}
class Cat :public Animal
{
public:
Cat(string name)
{
cout << "Cat构造" << endl;
m_Name = new string(name); // 将name放入堆区，并且m_Name指针去维护这个数据
}
virtual void speak()
{
cout << *m_Name << "小猫在说话" << endl;
}
~Cat()
{
if (m_Name != NULL)
{
cout << "Cat析构" << endl;
delete m_Name;
m_Name = NULL;
}
}
string* m_Name;
};
void test01()
{
Animal* animal = new Cat("Tom");
animal->speak();
delete animal;
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
------------------------------------------------------------------
Animal构造
Cat构造
Tom小猫在说话
Cat析构
Animal析构
请按任意键继续. . .
4.7.6 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和Lenovo厂商
常见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。
抽象出每个零件的类。
示例：这小节的例子不大好，P142，看视频吧。