c++ 多态

1、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

虚函数表存放的是虚函数的入口地址，当子类重写了虚函数后，子类会把继承于父类的虚函数表进行覆盖，所以当用父类指针或引用指向子类对象的时候，由于本身还是子类，所以当调用公共接口时，它会从子类去找确切的值。

下面通过案例进行讲解多态

class Animal
{
public:
	//Speak函数就是虚函数
	//函数前面加上virtual关键字，变成虚函数，那么编译器在编译的时候就不能确定函数调用了。
	virtual void speak()
	{
		cout << "动物在说话" << endl;
	}
};

class Cat :public Animal    //加不加virtual关键字都可以
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "小猫在说话" << endl;
	}
};

class Dog :public Animal    //加不加virtual关键字都可以
{
public:

	void speak()
	{
		cout << "小狗在说话" << endl;
	}

};
//我们希望传入什么对象，那么就调用什么对象的函数，比如想传猫就调用猫对象，想传狗，就调用狗的对象
//如果函数地址在编译阶段就能确定，那么静态联编
//如果函数地址在运行阶段才能确定，就是动态联编

void DoSpeak(Animal & animal)
{
	animal.speak();
}
//
//多态满足条件： 
//1、有继承关系
//2、子类重写父类中的虚函数
//多态使用：
//父类指针或引用指向子类对象

void test01()
{
	Cat cat;
	DoSpeak(cat);


	Dog dog;
	DoSpeak(dog);
}


int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

总结：

多态满足条件

• 有继承关系
• 子类重写父类中的虚函数

多态使用条件

• 父类指针或引用指向子类对象

重写：函数返回值类型 函数名 参数列表 完全一致称为重写

2、多态的优点

• 代码组织结构清晰
• 可读性强
• 便于前期和后期的扩展以及维护

下面通过普通类型和多态来写一个计算器来比较：

//多态的优点
#include 
using namespace std;

//普通实现
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;
		}
		如果要提供新的运算，需要修改源码,比如要添加除法
	}
public:
	int m_num1;
	int m_num2;
};

void test01() {
	//普通实现测试
	calculator c;  //实例化对象
	c.m_num1 = 10;
	c.m_num2 = 20;
	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;
}

// 多态实现
class AbstractCalculator
{
public:

	virtual int getResult() //虚函数
	{
		return 0;
	}

	int m_Num1;
	int m_Num2;
};

//加法计算器
class AddCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_Num1 + m_Num2;
	}
};

//减法计算器
class SubCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_Num1 - m_Num2;
	}
};

//乘法计算器
class MulCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_Num1 * m_Num2;
	}
};

void test02()
{
	//创建加法计算器
	//new AddCalculator 相当于创建了一个加法计算器对象
	AbstractCalculator *p = new AddCalculator; //创建一个父类的指针指向子类对象
	p->m_Num1 = 10;
	p->m_Num2 = 10;
	cout << p->m_Num1 <<" + " << p->m_Num2 << "=" << p->getResult() << endl;
	delete p; //由于是new创建出来的，所以是堆区，用完后需要程序员自己手动释放

	//创建减法计算器
	p = new SubCalculator; //由于前面已经创建了堆区，delete只是将数据释放，所以父类指针仍然指向子类对象
	p->m_Num1 = 10;
	p->m_Num2 = 10;
	cout << p->m_Num1 << " - " << p->m_Num2 << " = " << p->getResult() << endl;
	delete p;

	//创建乘法计算器
	p = new MulCalculator;
	p->m_Num1 = 10;
	p->m_Num2 = 10;
	cout << p->m_Num1 << " - " << p->m_Num2 << " = " << p->getResult() << endl;
	delete p;
};

int main() {
	test01();
	test02();
	system("pause");
	return 0;
}

输出：
10+20=30
10-20=-10
10*20=200
10 + 10=20
10 - 10 = 0
10 - 10 = 100
请按任意键继续. . .

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；

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

示例：

class Base
{
public:
	//纯虚函数
	//类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类
	//抽象类无法实例化对象
	//子类必须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调用" << endl;
	};
};

void test01()
{
	Base * base = NULL;
	//base = new Base; // 错误，抽象类无法实例化对象
	base = new Son;
	base->func();
	delete base;//记得销毁
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

4、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(){}

示例：

class Animal {
public:

	Animal()
	{
		cout << "Animal 构造函数调用！" << endl;
	}
	virtual void Speak() = 0;

	//析构函数加上virtual关键字，变成虚析构函数
	//virtual ~Animal()
	//{
	//	cout << "Animal虚析构函数调用！" << endl;
	//}


	virtual ~Animal() = 0;
};

Animal::~Animal()
{
	cout << "Animal 纯虚析构函数调用！" << endl;
}

//和包含普通纯虚函数的类一样，包含了纯虚析构函数的类也是一个抽象类。不能够被实例化。

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()
	{
		cout << "Cat析构函数调用!" << endl;
		if (this->m_Name != NULL) {
			delete m_Name;
			m_Name = NULL;
		}
	}

public:
	string *m_Name;
};

void test01()
{
	Animal *animal = new Cat("Tom");
	animal->Speak();

	//通过父类指针去释放，会导致子类对象可能清理不干净，造成内存泄漏
	//怎么解决？给基类增加一个虚析构函数
	//虚析构函数就是用来解决通过父类指针释放子类对象
	delete animal;
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

总结：

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
4. 纯虚析构既要有函数声明，又要有函数实现