C++ 多态
多态性让我们能够以统一的方式处理不同类型的对象，从而极大地提升代码的复用性和可维护性。本文将深入探讨 C++ 多态性的概念、实现方式以及实际应用场景。
什么是多态性
多态性（Polymorphism）源于希腊语，意思是 “多种形态”。在编程语境中，多态性允许我们使用基类的指针或引用调用派生类的特定函数。简单来说，就是同一段代码可以根据不同的对象类型表现出不同的行为。
C++ 支持两种类型的多态性：编译时多态（静态多态）和运行时多态（动态多态）。
编译时多态（静态多态）
编译时多态主要通过函数重载和运算符重载来实现。在编译阶段，编译器会根据函数调用的参数类型和数量来确定具体调用哪个函数。
函数重载示例
#include
// 函数重载：计算两个整数的和
int add(int a, int b) {
return a + b;
}
// 函数重载：计算两个浮点数的和
double add(double a, double b) {
return a + b;
}
int main() {
int resultInt = add(3, 5);
double resultDouble = add(3.2, 5.7);
std::cout << "Integer sum: " << resultInt << std::endl;
std::cout << "Double sum: " << resultDouble << std::endl;
return 0;
}
在上述代码中，add 函数被重载了两次，一次用于处理整数，另一次用于处理浮点数。编译器会根据传递给 add 函数的参数类型来决定调用哪个版本的 add 函数。
运算符重载示例
#include
class Complex {
private:
double real;
double imag;
public:
Complex(double r = 0.0, double i = 0.0) : real(r), imag(i) {}
// 运算符重载：重载 + 运算符用于复数相加
Complex operator+(const Complex& other) const {
return Complex(real + other.real, imag + other.imag);
}
void display() const {
std::cout << real << " + " << imag << "i" << std::endl;
}
};
int main() {
Complex c1(3, 4);
Complex c2(1, 2);
Complex c3 = c1 + c2;
std::cout << "Result: ";
c3.display();
return 0;
}
这里，Complex 类重载了 + 运算符，使得两个 Complex 对象可以像普通数值一样进行相加操作。
运行时多态（动态多态）
运行时多态通过虚函数和继承来实现。当使用基类的指针或引用调用虚函数时，实际调用的函数版本将在运行时根据对象的实际类型来确定。
虚函数和继承示例
#include
// 基类：Shape
class Shape {
public:
// 虚函数：计算面积
virtual double area() const {
return 0.0;
}
};
// 派生类：Circle
class Circle : public Shape {
private:
double radius;
public:
Circle(double r) : radius(r) {}
// 重写基类的虚函数
double area() const override {
return 3.14 * radius * radius;
}
};
// 派生类：Rectangle
class Rectangle : public Shape {
private:
double length;
double width;
public:
Rectangle(double l, double w) : length(l), width(w) {}
// 重写基类的虚函数
double area() const override {
return length * width;
}
};
int main() {
Circle circle(5);
Rectangle rectangle(4, 6);
Shape* shape1 = &circle;
Shape* shape2 = &rectangle;
std::cout << "Circle area: " << shape1->area() << std::endl;
std::cout << "Rectangle area: " << shape2->area() << std::endl;
return 0;
}
在这个例子中，Shape 是基类，包含一个虚函数 area()。Circle 和 Rectangle 是派生类，它们重写了 area() 函数。在 main 函数中，我们使用基类指针指向派生类对象，并调用 area() 函数。由于 area() 是虚函数，实际调用的是派生类中重写的版本。
多态性的实际应用场景
游戏开发
在游戏开发中，多态性可以用于处理不同类型的游戏角色。例如，所有角色都可以继承自一个基类 Character，并实现各自的 attack() 和 defend() 方法。通过使用基类指针或引用，我们可以统一管理不同类型的角色，并在运行时调用它们的特定方法。
图形处理
在图形处理中，不同类型的图形（如圆形、矩形、三角形等）可以继承自一个基类 Shape。通过多态性，我们可以使用统一的接口来处理不同类型的图形，例如计算它们的面积、周长等。
插件系统
在开发插件系统时，多态性可以让我们轻松地添加和管理不同的插件。所有插件都可以继承自一个基类 Plugin，并实现各自的 execute() 方法。通过使用基类指针或引用，我们可以在运行时动态加载和执行不同的插件。