C++类与对象【多态】
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系列专栏：C++从基础到进阶
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- 1 多态
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- 1.1 多态的基本概念
- 1.2 多态案例一-计算器类
- 1.3 纯虚函数和抽象类
- 1.4 多态案例二-制作饮品
- 1.5 虚析构和纯虚析构
- 1.6 多态案例三-电脑组装
- 2 总结
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1 多态
1.1 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
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，只有在运行时，根据传入的对象来确定要调用哪个子类的函数。这样就实现了地址晚绑定
virtual void speak() //如果不加virtual关键字，那么下面的test01()函数的运行结果就是“动物在说话”
{
cout << "动物在说话" << endl;
}
};
class Cat :public Animal
{
public:
void speak() //子类重写父类的函数，可加virtual关键字，也可不加。
//virtual void speak(){}的效果是一样的
{
cout << "小猫在说话" << endl;
}
};
class Dog :public Animal
{
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
//如果函数地址在编译阶段就能确定，那么静态联编，也就是地址澡绑定
//如果函数地址在运行阶段才能确定，就是动态联编，也就是地址晚绑定
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（体现在doSpeak()函数中）
void test01()
{
Cat cat;
DoSpeak(cat); //等价于Animal &animal = cat（父类指针指向子类对象）
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
注意和重载的区别：重载是函数名相同，参数列表不同，返回值可同可不同
1.2 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
示例：
//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
}
public:
int m_Num1;
int m_Num2;
};
void test01()
{
//普通实现测试
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;
}
//多态实现
//抽象计算器类
//多态优点：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
class AbstractCalculator
{
public :
virtual int getResult()
{
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
AbstractCalculator *abc = new AddCalculator;
//必须是以指针的形式创建，假如写成 AbstractCalculator abc = AddCalculator();会执行父类的getResult()函数
abc->m_Num1 = 10;
abc->m_Num2 = 10;
cout << abc->m_Num1 << " + " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
delete abc; //用完了记得销毁
//创建减法计算器
abc = new SubCalculator; //delete操作只是把堆区的数据删除，但是并没有销毁指针，因此可以直接使用指针指向一个新的对象
abc->m_Num1 = 10;
abc->m_Num2 = 10;
cout << abc->m_Num1 << " - " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
delete abc;
//创建乘法计算器
abc = new MulCalculator;
abc->m_Num1 = 10;
abc->m_Num2 = 10;
cout << abc->m_Num1 << " * " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
delete abc;
}
int main() {
//test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
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
1.3 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;
}
1.4 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
示例：
//抽象制作饮品
class AbstractDrinking {
public:
//烧水
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;
//规定流程
void MakeDrink() {
Boil();
Brew();
PourInCup();
PutSomething();
}
};
//制作咖啡
class Coffee : public AbstractDrinking {
public:
//烧水
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 << "将咖啡倒入杯中!" << endl;
}
//加入辅料
virtual void PutSomething() {
cout << "加入牛奶!" << endl;
}
};
//制作茶水
class Tea : public AbstractDrinking {
public:
//烧水
virtual void Boil() {
cout << "煮自来水!" << endl;
}
//冲泡
virtual void Brew() {
cout << "冲泡茶叶!" << endl;
}
//倒入杯中
virtual void PourInCup() {
cout << "将茶水倒入杯中!" << endl;
}
//加入辅料
virtual void PutSomething() {
cout << "加入枸杞!" << endl;
}
};
//业务函数
void DoWork(AbstractDrinking* drink) {
drink->MakeDrink();
delete drink;
}
void test01() {
DoWork(new Coffee);
cout << "--------------" << endl;
DoWork(new Tea);
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
1.5 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：
- 可以解决父类指针无法释放子类对象的问题
- 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; //纯虚析构函数的声明。使用虚析构函数（virtual），就可以执行子类的析构函数
};
//注意：不管是虚析构函数还是纯虚析构函数。都需要具体的实现，不可以仅仅写成virtual ~Animal() = 0，因为父类也会开辟堆区内存，同样也需要进行内存释放：
Animal::~Animal() //纯虚析构函数的实现。
{
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; //假如不使用虚析构函数，就只会运行delete animal，也就是只执行了父类的析构函数，子类的析构函数得不到执行，就会导致子类的数据得不到释放，就会造成内存泄露
}
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
注意：由于本例中，子类中存在一些开辟到堆区的属性（*name），因此必须要运行子类的析构函数，假如仅仅是多态，是运行不到的；此时才需要父类的纯虚构函数。否则是没有必要写纯析构函数的
1.6 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厂商和Lenovo厂商
创建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
示例：
#include
// }
// void display(){
// cout<<"Lenove's VideoCard"<
// }
// void storagy(){
// cout<<"Lenove's Memory"<
// }
//};
//且测试函数里面写为：
//CPU *LenoveCPU = new Lenove;
// VideoCard *LenoveVC = new Lenove;
// Memory *LenoveMem = new Lenove;
//就会出错，原因尚不清除，但是是内存错误
class LenovoMemory :public Memory
{
public:
virtual void storage()
{
cout << "Lenovo的内存条开始存储了！" << endl;
}
};
void test01()
{
//第一台电脑零件
CPU * intelCpu = new IntelCPU;
VideoCard * intelCard = new IntelVideoCard;
Memory * intelMem = new IntelMemory;
cout << "第一台电脑开始工作：" << endl;
//创建第一台电脑
Computer * computer1 = new Computer(intelCpu, intelCard, intelMem);
computer1->work();
delete computer1; //在释放第一台电脑的时候，只会把Computer的数据释放，零件的内容得不到释放，因此需要在Computer的析构函数中将零件全部释放干净
cout << "-----------------------" << endl;
cout << "第二台电脑开始工作：" << endl;
//第二台电脑组装
Computer * computer2 = new Computer(new LenovoCPU, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);;
computer2->work();
delete computer2;
cout << "-----------------------" << endl;
cout << "第三台电脑开始工作：" << endl;
//第三台电脑组装
Computer * computer3 = new Computer(new LenovoCPU, new IntelVideoCard, new LenovoMemory);;
computer3->work();
delete computer3;
}
2 总结
在代码的舞台上，C++翩翩起舞。
纵观代码的山川大地，无边的可能在眼前延展， C++，是智慧的风，吹动着科技的帆船。
用韵律的二进制，谱写着自由的交响曲， C++，是数字艺术的荣光，闪烁在信息的星空。
愿C++永远如诗，激励创造者的灵感。
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