第 13.6 節
多態
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多態
多態的基本概念
多態是C++面向對象三大特性之一
多態分為兩類
- 靜態多態: 函數重載 和 運算符重載屬於靜態多態，複用函數名
- 動態多態: 派生類和虛函數實現運行時多態
靜態多態和動態多態區別：
- 靜態多態的函數地址早綁定 - 編譯階段確定函數地址
- 動態多態的函數地址晚綁定 - 運行階段確定函數地址
下面通過案例進行講解多態
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
{
public:
void speak()
{
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
//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();
return 0;
}
運行/觀察結果： 運行後會打印示例中的變量值或地址；地址值與運行環境有關，以同類對象的相對位置和指針變化為觀察重點。
總結：
多態滿足條件
- 有繼承關係
- 子類重寫父類中的虛函數
多態使用條件
- 父類指針或引用指向子類對象
重寫：函數返回值類型 函數名 參數列表 完全一致稱為重寫
多態案例一-計算器類
案例描述：
分別利用普通寫法和多態技術，設計實現兩個操作數進行運算的計算器類
多態的優點：
- 代碼組織結構清晰
- 可讀性強
- 利於前期和後期的擴展以及維護
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;
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;
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();
return 0;
}
運行/觀察結果： 運行後會按輸出語句打印對應內容，變量值可結合初始化、賦值和函數調用順序推導。
總結：C++開發提倡利用多態設計程序架構，因為多態優點很多
純虛函數和抽象類
在多態中，通常父類中虛函數的實現是毫無意義的，主要都是調用子類重寫的內容
因此可以將虛函數改為純虛函數
純虛函數語法：virtual 返回值类型 函数名 （参数列表）= 0 ;
當類中有了純虛函數，這個類也稱為==抽象類==
抽象類特點：
- 無法實例化對象
- 子類必須重寫抽象類中的純虛函數，否則也屬於抽象類
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();
return 0;
}
運行/觀察結果： 運行後會按輸出語句打印對應內容，變量值可結合初始化、賦值和函數調用順序推導。
多態案例二-製作飲品
案例描述：
製作飲品的大致流程為：煮水 - 沖泡 - 倒入杯中 - 加入輔料
利用多態技術實現本案例，提供抽象製作飲品基類，提供子類製作咖啡和茶葉
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();
return 0;
}
運行/觀察結果： 運行後會按輸出語句打印對應內容，變量值可結合初始化、賦值和函數調用順序推導。
虛析構和純虛析構
多態使用時，如果子類中有屬性開闢到堆區，那麼父類指針在釋放時無法調用到子類的析構代碼
解決方式：將父類中的析構函數改為虛析構或者純虛析構
虛析構和純虛析構共性：
- 可以解決父類指針釋放子類對象
- 都需要有具體的函數實現
虛析構和純虛析構區別：
- 如果是純虛析構，該類屬於抽象類，無法實例化對象
虛析構語法：
virtual ~类名(){}
純虛析構語法：
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();
return 0;
}
運行/觀察結果： 運行後會打印示例中的變量值或地址；地址值與運行環境有關，以同類對象的相對位置和指針變化為觀察重點。
總結：
1. 虛析構或純虛析構就是用來解決通過父類指針釋放子類對象
2. 如果子類中沒有堆區數據，可以不寫為虛析構或純虛析構
3. 擁有純虛析構函數的類也屬於抽象類
多態案例三-電腦組裝
案例描述：
電腦主要組成部件為 CPU（用於計算），顯卡（用於顯示），內存條（用於存儲）
將每個零件封裝出抽象基類，並且提供不同的廠商生產不同的零件，例如Intel廠商和Lenovo廠商
創建電腦類提供讓電腦工作的函數，並且調用每個零件工作的接口
測試時組裝三台不同的電腦進行工作
示例：
#include<iostream>
using namespace std;
//抽象CPU类
class CPU
{
public:
//抽象的计算函数
virtual void calculate() = 0;
};
//抽象显卡类
class VideoCard
{
public:
//抽象的显示函数
virtual void display() = 0;
};
//抽象内存条类
class Memory
{
public:
//抽象的存储函数
virtual void storage() = 0;
};
//电脑类
class Computer
{
public:
Computer(CPU * cpu, VideoCard * vc, Memory * mem)
{
m_cpu = cpu;
m_vc = vc;
m_mem = mem;
}
//提供工作的函数
void work()
{
//让零件工作起来，调用接口
m_cpu->calculate();
m_vc->display();
m_mem->storage();
}
//提供析构函数 释放3个电脑零件
~Computer()
{
//释放CPU零件
if (m_cpu != NULL)
{
delete m_cpu;
m_cpu = NULL;
}
//释放显卡零件
if (m_vc != NULL)
{
delete m_vc;
m_vc = NULL;
}
//释放内存条零件
if (m_mem != NULL)
{
delete m_mem;
m_mem = NULL;
}
}
private:
CPU * m_cpu; //CPU的零件指针
VideoCard * m_vc; //显卡零件指针
Memory * m_mem; //内存条零件指针
};
//具体厂商
//Intel厂商
class IntelCPU :public CPU
{
public:
virtual void calculate()
{
cout << "Intel的CPU开始计算了！" << endl;
}
};
class IntelVideoCard :public VideoCard
{
public:
virtual void display()
{
cout << "Intel的显卡开始显示了！" << endl;
}
};
class IntelMemory :public Memory
{
public:
virtual void storage()
{
cout << "Intel的内存条开始存储了！" << endl;
}
};
//Lenovo厂商
class LenovoCPU :public CPU
{
public:
virtual void calculate()
{
cout << "Lenovo的CPU开始计算了！" << endl;
}
};
class LenovoVideoCard :public VideoCard
{
public:
virtual void display()
{
cout << "Lenovo的显卡开始显示了！" << endl;
}
};
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;
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;
}
運行/觀察結果： 運行後會按輸出語句打印對應內容，變量值可結合初始化、賦值和函數調用順序推導。