概述
多态基本概念和原理剖析
多态
:多态是C++面向对象的三大特性之一。多态分为静态多态和动态多态。
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。
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。
#include <iostream> using namespace std; //动态多态满足条件 //1、有继承关系 //2、子类重写父类的虚函数 重写是指返回值 函数名 参数完全一样 重载是指函数名相同 //动态多态使用 //父类的指针或引用,指向子类对象 //当子类重写父类的虚函数,子类中的虚函数表内部会替换成子类的虚函数地址,将&Animal::speak替换成&Cat::speak //动物类 class Animal { public: //虚函数 virtual void speak(){ cout << "动物在说话" << endl; } }; //猫类 class Cat :public Animal { public: void speak() { cout << "小猫在说话" << endl; } }; //狗类 class Dog :public Animal { public: void speak() { cout << "小狗在说话" << endl; } }; //执行说话的函数 //地址早绑定,在编译阶段就确定了函数的地址 //虽然想让猫说话,但是这里输出了动物在说话 因为地址早绑定 //如果想让猫说话,这个函数的地址就不能提前绑定,需要在运行阶段进行绑定,也即地址晚绑定 void DoSpeak(Animal &animal) { animal.speak(); } void test01() { Cat cat; DoSpeak(cat); //虽然想让猫说话,但是这里输出了动物在说话,因为地址早绑定,若父类改为虚函数地址晚绑定,就是猫在说话 Dog dog; DoSpeak(dog); } void test02() { cout << "size of Animal = " << sizeof(Animal) << endl; } int main() { //test01(); test02(); system("pause"); return 0; }
多态案例1 计算器类
分别使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。
多态优点
:
1、代码组织结构清晰
2、可读性强
3、便于前期和后期的扩展与维护
#include<iostream> using namespace std; //普通写法 class Calculate { public: int GetResult(string oper) { if (oper == "+") { return num1 + num2; } else if (oper == "-") { return num1 - num2; } else if (oper == "*") { return num1 * num2; } //如果想扩展新的功能,需要修改原码,在实际开发中,提倡开闭原则:对扩展进行开发,对修改进行关闭 } int num1; int num2; }; void test01() { //创建计算器对象 Calculate c; c.num1 = 10; c.num2 = 10; cout << c.num1 << " + "<< c.num2 << " = " <<c.GetResult("+") << endl; cout << c.num1 << " - "<< c.num2 << " = " <<c.GetResult("-") << endl; cout << c.num1 << " * "<< c.num2 << " = " <<c.GetResult("*") << endl; } //利用多态实现计算器 //多态的优点 //1、组织结构清晰 //2、可读性强 //3、对于前期扩展和后期维护性能高 //实现计算器抽象类 class AbstractCalculate { public: virtual int Result() { return 0; } int m_num1; int m_num2; }; //加法计算器类 class AddCalculate : public AbstractCalculate{ public: int Result() { return m_num1 + m_num2; } }; //减法计算器类 class SubCalculate : public AbstractCalculate { public: int Result() { return m_num1 - m_num2; } }; //乘法计算器类 class MulCalculate : public AbstractCalculate { public: int Result() { return m_num1 * m_num2; } }; void test02() { //多态使用指针 //父类指针或者引用指向子类对象 //加法运算 AbstractCalculate* p = new AddCalculate; p->m_num1 = 100; p->m_num2 = 100; cout << p->m_num1 << " + " << p->m_num2 << " = " << p->Result() <<endl; //用完后释放新开辟的堆区数据 delete p; //减法运算 p = new SubCalculate; p->m_num1 = 100; p->m_num2 = 100; cout << p->m_num1 << " - " << p->m_num2 << " = " << p->Result() << endl; delete p; //乘法运算 p = new MulCalculate; p->m_num1 = 100; p->m_num2 = 100; cout << p->m_num1 << " * " << p->m_num2 << " = " << p->Result() << endl; delete p; } int main() { //test01(); test02(); system("pause"); return 0; }
纯虚函数和抽象类
在多态中,通常父类函数的虚函数是无意义的,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。
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;子类必须重新抽象类中的纯虚函数,否则也属于抽象类。
#include<iostream> using namespace std; //纯虚函数语法 virtual 返回值 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,抽象类不能实例化对象,子类必须重写抽象类里的纯虚函数,不然子类也属于抽象类 class Base { public: //纯虚函数 只要有纯虚函数这个类就是抽象类 virtual void func() = 0; }; class Son :public Base { public: void func() { cout << "Son类下的func函数调用" << endl; } }; void test01() { /*抽象类是无法实例化对象的 Base b; new Base;*/ Son s; s.func(); //多态方式调用 父类的指针new一个子类 Base* p = new Son; p->func(); delete p; } int main() { test01(); system("pause"); return 0; }
多态案例2 制作饮品
利用多态技术实现制作饮品的流程,提供抽象制作饮品基类,提供子类制作咖啡和茶。
这里使用指针多态而不是引用的原因在于,引用需先实例化对象,但是有纯虚函数的抽象类无法实例化对象。
#include<iostream> using namespace std; class AbstractDrinking { public: //煮水 virtual void Boil() = 0; //冲泡 virtual void Brew() = 0; //倒入杯中 virtual void DropInCup() = 0; //加入辅料 virtual void AddSomething() = 0; //制作饮品 void MakeDrink() { Boil(); Brew(); DropInCup(); AddSomething(); } }; //制作咖啡流程 class Coffee : public AbstractDrinking { public: //煮水 virtual void Boil() { cout << "煮一壶沸水" << endl; } //冲泡 virtual void Brew() { cout << "冲泡咖啡粉" << endl; } //倒入杯中 virtual void DropInCup() { cout << "将咖啡倒入杯中" << endl; } //加入辅料 virtual void AddSomething() { cout << "将牛奶和白糖加入咖啡中" << endl; } }; //制作茶水流程 class Tea : public AbstractDrinking { public: //煮水 virtual void Boil() { cout << "煮一壶沸水" << endl; } //冲泡 virtual void Brew() { cout << "冲泡西湖龙井" << endl; } //倒入杯中 virtual void DropInCup() { cout << "将茶水倒入杯中" << endl; } //加入辅料 virtual void AddSomething() { cout << "将枸杞加入茶水中" << endl; } }; //制作饮品函数 void DoWork(AbstractDrinking *p) { //这里相当于 AbstractDrinking *p = new Coffee; //若这里不使用指针,改为引用,test01的函数就不能使用 //因为引用是先实例化对象再调用对象,抽象类无法实例化对象 p->MakeDrink(); delete p; //防止内存泄露,使用后记得释放内存 } void test01() { //想喝一杯咖啡 DoWork(new Coffee); cout << "-----------------------------------" << endl; //想喝一杯西湖龙井茶 DoWork(new Tea); } int main() { test01(); system("pause"); return 0; }
虚析构和纯虚析构
使用多态技术时,如果有子类开辟到堆区,那么父类指针在释放时无法调用到子类的析构代码。解决该问题的方法是
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
:
1、可以解决父类指针释放子类对象
2、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。
#include<iostream> #include<string> using namespace std; //动物类 class Animal { public: Animal() { cout << "这是Animal的构造函数调用" << endl; } //纯虚函数 virtual void Speak() = 0; //为了走子类的虚构函数,需要将父类的虚构函数改为虚析构 /*virtual ~Animal() { cout << "这是Animal的析构函数调用" << endl; }*/ //纯虚析构函数 父类的堆区可能也被开辟需要释放,因此父类的析构也必须需要声明,也需要实现 //有纯虚析构后这个类也属于抽象类,无法实例化对象 virtual ~Animal() = 0; }; Animal:: ~Animal() { cout << "这是Animal类的写在外部的纯虚析构函数调用" << endl; } //猫类 class Cat : public Animal{ public: //Cat类的构造函数 Cat(string name) { cout << "这是Cat类的构造函数" << endl; m_name = new string(name); } void Speak() { cout << *m_name<<"小猫的叫声" << endl; } ~Cat() { if (m_name != NULL) { //父类指针在析构的时候,不会调用子类中的析构函数,导致子类中有堆区开辟的数据没有被释放干净导致内存泄露 cout << "这是Cat类的析构函数" << endl; delete m_name; m_name = NULL; } } string *m_name; }; void test01() { Animal* p = new Cat("Tom"); //如果子类中没有堆区数据,可以不写虚析构或纯虚析构函数 p->Speak(); delete p; //堆区开辟以后,释放指针 } int main() { test01(); system("pause"); return 0; }
多态案例3 电脑组装
电脑主要部件为CPU,显卡和内存条。将每个零件封装出抽象基类,并提供不同的厂商生产不同的零件。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。
#include<iostream> using namespace std; //每个零件都封装出抽象的基类 //CPU类 class Cpu { public: //抽象的计算函数 virtual void Calculate() = 0; //virtual ~Cpu() = 0; }; //Cpu::~Cpu() { // cout << "Cpu类写在外部的纯虚析构函数调用" << endl; //} //显卡类 class VideoCard { public: //抽象的显示函数 virtual void Display() = 0; }; //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* videocard, Memory* memory) { m_cpu = cpu; m_videocard = videocard; m_memory = memory; } //工作函数:让零件调用起来的工作接口 父类指针调用接口时就已经是多态技术了 void DoWork() { //Cpu进行计算操作 m_cpu->Calculate(); //显卡进行显示操作 m_videocard->Display(); //内存条进行存储操作 m_memory->Storage(); } //提供析构函数释放电脑的三个零件 ~Computer() { if (m_cpu != NULL) { delete m_cpu; m_cpu = NULL; } if (m_videocard != NULL) { delete m_videocard; m_videocard = NULL; } if (m_memory != NULL) { delete m_memory; m_memory = NULL; } } private: Cpu *m_cpu; VideoCard *m_videocard; Memory *m_memory; }; //具体厂商/// //因特尔厂商 class IntelCpu :public Cpu{ public: //子类重写父类的虚函数 virtual void Calculate() { cout << "Intel的Cpu开始计算了!" << endl; } /*~IntelCpu() { cout << "这是子类IntelCpu的析构函数调用" << endl; }*/ }; class IntelVideoCard :public VideoCard { public: //子类重写父类的虚函数 virtual void Display() { cout << "Intel的显卡开始显示屏幕了!" << endl; } }; class IntelMemory :public Memory { public: //子类重写父类的虚函数 virtual void Storage() { cout << "Intel的内存条开始存储数据了!" << endl; } }; //Lenovo厂商 class LenovoCpu :public Cpu { public: //子类重写父类的虚函数 virtual void Calculate() { cout << "Lenovo的Cpu开始计算了!" << endl; } }; class LenovoVideoCard :public VideoCard { public: //子类重写父类的虚函数 virtual void Display() { cout << "Lenovo的显卡开始显示屏幕了!" << endl; } }; class LenovoMemory :public Memory { public: //子类重写父类的虚函数 virtual void Storage() { cout << "Lenovo的内存条开始存储数据了!" << endl; } }; //开始测试,组装不同的电脑 void test01() { //第一台电脑的零件 //父类指针指向了子类对象,利用了多态技术 Cpu* intelcpu = new IntelCpu; VideoCard* intelvideocard = new IntelVideoCard; Memory* intelmemory = new IntelMemory; //创建第一台电脑 cout << "组装好的第一台电脑配置如下:" << endl; Computer* computer1 = new Computer(intelcpu,intelvideocard,intelmemory); computer1->DoWork(); delete computer1; //创建第二台电脑 cout << "组装好的第二台电脑配置如下:" << endl; Computer* computer2 = new Computer(new LenovoCpu, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory); computer2->DoWork(); delete computer2; //创建第三台电脑 cout << "组装好的第三台电脑配置如下:" << endl; Computer* computer3 = new Computer(new LenovoCpu, new IntelVideoCard, new LenovoMemory); computer3->DoWork(); delete computer3; } int main() { test01(); system("pause"); return 0; }
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最后
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