C++学习笔记11--类和对象7--多态

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

//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;
	}
};
//地址早绑定，在编译阶段就确定了函数地址
//如果想执行让猫说话，那么这个函数地址就不能提前绑定,需要晚绑定
void doSpeak(Animal& animal) // Animal & animal = cat;
{
	animal.speak();
}
void test01()
{
	Cat cat;
	doSpeak(cat);  //传入的是猫，输出的却是：动物在说话
				   //希望的是传入的是谁，谁就在说话
}
int main() 
{
	test01();
	system("pause");
	return 0;
}

解决办法：加入 virtual 关键字


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
   //重写：函数返回值类型 函数名 参数列表 完全相同
   //子类中的 virtual 可写可不写

动态多态使用

• 父类的指针或者引用，指向子类对象

多态案例–计算器类

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

普通写法：

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，需求修改源码
		//在真实开发中 提倡 开闭原则
		//开闭原则：对扩展进行开放，对修改进行关闭
	}
	int m_Num1; //操作数1
	int 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;
}

利用多态实现

//实现计算器抽象类
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

	//加法运算
	AbstractCalculator * abc = new AddCalculator;
					// new AddCalculator 相当于创建了一个 加法计算器 的对象(堆区数据)
	abc->m_Num1 = 100;
	abc->m_Num2 = 100;

	cout << abc->m_Num1 << " + " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
	//用完后记得销毁，堆区数据，手动开辟，手动释放
	delete abc;

	//减法运算
	abc = new SubCalculator;
	abc->m_Num1 = 100;
	abc->m_Num2 = 100;

	cout << abc->m_Num1 << " - " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
	delete abc;

	//乘法运算
	abc = new MulCalculator;
	abc->m_Num1 = 100;
	abc->m_Num2 = 100;

	cout << abc->m_Num1 << " * " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
	delete abc;
}

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

class Base
{
public:
	//纯虚函数
	//只要有一个纯虚函数，这个类称为抽象类
	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();
}

多态案例–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

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;
	}
};

//制作函数
void doWork(AbstractDrinking * abs)  // AbstractDrinking * abs = new Coffee
{
	abs->makeDrink();
	delete abs; //释放
}

void test01()
{
	//制作咖啡
	doWork(new Coffee);
}

int main() 
{
	test01();
	system("pause");
	return 0;
}

其中上图，可写成下图形式

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() {}