C++ 多态详解（14）

目录

多态

纯虚函数和抽象类

虚析构纯虚析构

---

多态

多态是C++面向对象三大特性之一

概述： C++ 多态它允许使用基类的指针或引用来调用派生类的成员函数，实现动态绑定和运行时多态性。多态性可以通过虚函数和抽象类来实现。

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

实例1

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include 
using namespace std;

// 动物类         
class Animal
{
public:
	virtual void speak()	// 虚函数
	{
		cout << "动物在说话" << endl;
	}
};

// 猫类继承动物类
class Cat : public Animal
{
public:
	void speak()	// 子类重写父类虚函数
	{
		cout << "猫在说话" << endl;
	}
};

// 多态条件
// 1. 有继承关系
// 2. 子类重写父类中的虚函数  ---- 重写函数返回值类型 函数名 参数列表 完全一致称为重写
// 多态的使用
// 1. 父类指针或者引用指向子类对象
void doSpeak(Animal& animal)
{
	animal.speak();
}

void test()
{
	Cat cat;
	doSpeak(cat);	//  传入子类对象
	cout << "Animal =" << sizeof(Animal);
}

int main()
{
	test();
	return 0;
}

结果

猫在说话
Animal =4

多态原理

当实现多态时 计算 Animal 类 可知 Animal = 4

其实Animal 类部结构为一个虚函数指针 vfptr 指向 虚函数表 vftable 表内记录虚函数的地址 &Animal :: speak

子类继承父类 也会继承父类的虚函数表

当子类重写了父类的虚函数

子类中的虚函数表 内部 会替换成 子类的虚函数地址

而父类的虚函数表还存在 子类只是替换子类的虚函数表

当子类的指针或引用指向对象时候，发生多态

Animal & animal = cat

animal.speak();

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

原因是因为父类的虚函数指针指向虚函数列表 子类继承时也继承了虚函数指针 当重写虚函数时会覆盖子类的继承函数，所以通过父类指针调用子类对象会执行子类函数。

多态实现计数器

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include 
#include 
using namespace std;

// 抽象类
class  AbstractCalculator
{
public:
	virtual int getResult()
	{
		return 0;
	}
	int m_num1;
	int m_num2;
};

// 加法类
class addCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_num1 + m_num2;
	}
};

// 减法类
class subCalculator :public AbstractCalculator
{
public:

	int getResult()
	{
		return m_num1 - m_num2;
	}
};

// 乘法类
class mulCalculator :public AbstractCalculator
{
public:

	int getResult()
	{
		return m_num1 * m_num2;
	}
};

void test01()
{
	// 多态的指针或引用指向子类对象
	// 加法运算
	AbstractCalculator* abc = new addCalculator;  // 开辟在堆区 用完要销毁
	abc->m_num1 = 120;
	abc->m_num2 = 120;

	cout << abc->m_num1 << " + " << abc->m_num2 << " = " << abc->getResult() << endl;

	// 释放
	delete abc;

	// 减法计算
	abc = new subCalculator;	// abc 指针本身是父类指针 刚刚释放的是堆区的数据 指针的类型没变 
	abc->m_num1 = 100;
	abc->m_num2 = 100;
	cout << abc->m_num1 << " - " << abc->m_num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
	delete abc;

	// 乘法计算
	abc = new mulCalculator;	// abc 指针本身是父类指针 刚刚释放的是堆区的数据 指针的类型没变 
	abc->m_num1 = 100;
	abc->m_num2 = 100;
	cout << abc->m_num1 << " * " << abc->m_num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
	delete abc;
}

int main()
{
	test01();
	return 0;
}

---

纯虚函数和抽象类

概述：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

实例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 
using  namespace std;

class Base
{
public:
	// 纯虚函数
	// 只要这个类有一个纯虚函数，这个类称为抽象类
	// 抽象类特点
	// 1. 无法实例化对象
	// 2. 抽象类的子类，必须要重写父类的纯虚函数，否则也属于抽象类
	virtual void func() = 0;	// 在虚函数基础上写 = 0 变为纯虚函数 
};

class Son :public Base
{
public:
	virtual void func()
	{
		cout << "func函数的调用" << endl;
	};
};

void test01()
{
	// 父类的指针指向子类的对象
	Base* base = new Son;
	// 通过父类的指针使用子类的函数
	base->func();
}

int main()
{
	test01();
	return 0;
}

实例2 制作饮品

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 
using namespace std;

class AbstractDrinking
{
public:
	// 煮水
	virtual void Boil() = 0;

	// 冲泡
	virtual void Brew() = 0;

	// 倒入杯中
	virtual void PutInCup() = 0;

	// 辅料
	virtual void PutSomething() = 0;

	// 制作饮品
	void makeDrink()
	{
		Boil();
		Brew();
		PutInCup();
		PutSomething();
	}
};

// 制作咖啡
class Coffee :public AbstractDrinking
{
public:
	// 煮水
	virtual void Boil()
	{
		cout << "煮矿泉水" << endl;
	}

	// 冲泡
	virtual void Brew()
	{
		cout << "冲泡咖啡" << endl;
	}

	// 倒入杯中
	virtual void PutInCup()
	{
		cout << "倒入杯中" << endl;
	}

	// 辅料
	virtual void PutSomething()
	{
		cout << "加入糖和牛奶" << endl;
	}
};

// 制作茶
class Tea :public AbstractDrinking
{
public:
	// 煮水
	virtual void Boil()
	{
		cout << "煮开水" << endl;
	}

	// 冲泡
	virtual void Brew()
	{
		cout << "泡龙井茶" << endl;
	}

	// 倒入杯中
	virtual void PutInCup()
	{
		cout << "倒入杯中" << endl;
	}

	// 辅料
	virtual void PutSomething()
	{
		cout << "加红糖" << endl;
	}
};

// 父类的指针指向子类的对象 
void doWork(AbstractDrinking* abs)
{
	abs->makeDrink();
	delete abs;
}

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

int main()
{
	test01();
	return 0;
}

---

虚析构纯虚析构

概述：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(){}

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();
	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

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