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

  1. class Animal
  2. {
  3. public:
  4.     //Speak函数就是虚函数
  5.     //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。
  6.     virtual void speak()
  7.     {
  8.         cout << "动物在说话" << endl;
  9.     }
  10. };
  12. class Cat :public Animal
  13. {
  14. public:
  15.     void speak()
  16.     {
  17.         cout << "小猫在说话" << endl;
  18.     }
  19. };
  21. class Dog :public Animal
  22. {
  23. public:
  25.     void speak()
  26.     {
  27.         cout << "小狗在说话" << endl;
  28.     }
  30. };
  31. //我们希望传入什么对象，那么就调用什么对象的函数
  32. //如果函数地址在编译阶段就能确定，那么静态联编
  33. //如果函数地址在运行阶段才能确定，就是动态联编
  35. void DoSpeak(Animal & animal)
  36. {
  37.     animal.speak();
  38. }
  39. //
  40. //多态满足条件： 
  41. //1、有继承关系
  42. //2、子类重写父类中的虚函数
  43. //多态使用：
  44. //父类指针或引用指向子类对象
  46. void test01()
  47. {
  48.     Cat cat;
  49.     DoSpeak(cat);
  52.     Dog dog;
  53.     DoSpeak(dog);
  54. }
  57. int main() {
  59.     test01();
  61.     system("pause");
  63.     return 0;
  64. }

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

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：

  1. //普通实现
  2. class Calculator {
  3. public:
  4.     int getResult(string oper)
  5.     {
  6.         if (oper == "+") {
  7.             return m_Num1 + m_Num2;
  8.         }
  9.         else if (oper == "-") {
  10.             return m_Num1 - m_Num2;
  11.         }
  12.         else if (oper == "*") {
  13.             return m_Num1 * m_Num2;
  14.         }
  15.         //如果要提供新的运算，需要修改源码
  16.     }
  17. public:
  18.     int m_Num1;
  19.     int m_Num2;
  20. };
  22. void test01()
  23. {
  24.     //普通实现测试
  25.     Calculator c;
  26.     c.m_Num1 = 10;
  27.     c.m_Num2 = 10;
  28.     cout << c.m_Num1 << " + " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("+") << endl;
  30.     cout << c.m_Num1 << " - " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("-") << endl;
  32.     cout << c.m_Num1 << " * " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("*") << endl;
  33. }
  37. //多态实现
  38. //抽象计算器类
  39. //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
  40. class AbstractCalculator
  41. {
  42. public :
  44.     virtual int getResult()
  45.     {
  46.         return 0;
  47.     }
  49.     int m_Num1;
  50.     int m_Num2;
  51. };
  53. //加法计算器
  54. class AddCalculator :public AbstractCalculator
  55. {
  56. public:
  57.     int getResult()
  58.     {
  59.         return m_Num1 + m_Num2;
  60.     }
  61. };
  63. //减法计算器
  64. class SubCalculator :public AbstractCalculator
  65. {
  66. public:
  67.     int getResult()
  68.     {
  69.         return m_Num1 - m_Num2;
  70.     }
  71. };
  73. //乘法计算器
  74. class MulCalculator :public AbstractCalculator
  75. {
  76. public:
  77.     int getResult()
  78.     {
  79.         return m_Num1 * m_Num2;
  80.     }
  81. };
  84. void test02()
  85. {
  86.     //创建加法计算器
  87.     AbstractCalculator *abc = new AddCalculator;
  88.     abc->m_Num1 = 10;
  89.     abc->m_Num2 = 10;
  90.     cout << abc->m_Num1 << " + " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
  91.     delete abc;  //用完了记得销毁
  93.     //创建减法计算器
  94.     abc = new SubCalculator;
  95.     abc->m_Num1 = 10;
  96.     abc->m_Num2 = 10;
  97.     cout << abc->m_Num1 << " - " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
  98.     delete abc;  
  100.     //创建乘法计算器
  101.     abc = new MulCalculator;
  102.     abc->m_Num1 = 10;
  103.     abc->m_Num2 = 10;
  104.     cout << abc->m_Num1 << " * " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
  105.     delete abc;
  106. }
  108. int main() {
  110.     //test01();
  112.     test02();
  114.     system("pause");
  116.     return 0;
  117. }

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

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：

  1. class Base
  2. {
  3. public:
  4.     //纯虚函数
  5.     //类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类
  6.     //抽象类无法实例化对象
  7.     //子类必须重写父类中的纯虚函数，否则也属于抽象类
  8.     virtual void func() = 0;
  9. };
  11. class Son :public Base
  12. {
  13. public:
  14.     virtual void func() 
  15.     {
  16.         cout << "func调用" << endl;
  17.     };
  18. };
  20. void test01()
  21. {
  22.     Base * base = NULL;
  23.     //base = new Base; // 错误，抽象类无法实例化对象
  24.     base = new Son;
  25.     base->func();
  26.     delete base;//记得销毁
  27. }
  29. int main() {
  31.     test01();
  33.     system("pause");
  35.     return 0;
  36. }

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

image.png

示例：

  1. //抽象制作饮品
  2. class AbstractDrinking {
  3. public:
  4.     //烧水
  5.     virtual void Boil() = 0;
  6.     //冲泡
  7.     virtual void Brew() = 0;
  8.     //倒入杯中
  9.     virtual void PourInCup() = 0;
  10.     //加入辅料
  11.     virtual void PutSomething() = 0;
  12.     //规定流程
  13.     void MakeDrink() {
  14.         Boil();
  15.         Brew();
  16.         PourInCup();
  17.         PutSomething();
  18.     }
  19. };
  21. //制作咖啡
  22. class Coffee : public AbstractDrinking {
  23. public:
  24.     //烧水
  25.     virtual void Boil() {
  26.         cout << "煮农夫山泉!" << endl;
  27.     }
  28.     //冲泡
  29.     virtual void Brew() {
  30.         cout << "冲泡咖啡!" << endl;
  31.     }
  32.     //倒入杯中
  33.     virtual void PourInCup() {
  34.         cout << "将咖啡倒入杯中!" << endl;
  35.     }
  36.     //加入辅料
  37.     virtual void PutSomething() {
  38.         cout << "加入牛奶!" << endl;
  39.     }
  40. };
  42. //制作茶水
  43. class Tea : public AbstractDrinking {
  44. public:
  45.     //烧水
  46.     virtual void Boil() {
  47.         cout << "煮自来水!" << endl;
  48.     }
  49.     //冲泡
  50.     virtual void Brew() {
  51.         cout << "冲泡茶叶!" << endl;
  52.     }
  53.     //倒入杯中
  54.     virtual void PourInCup() {
  55.         cout << "将茶水倒入杯中!" << endl;
  56.     }
  57.     //加入辅料
  58.     virtual void PutSomething() {
  59.         cout << "加入枸杞!" << endl;
  60.     }
  61. };
  63. //业务函数
  64. void DoWork(AbstractDrinking* drink) {
  65.     drink->MakeDrink();
  66.     delete drink;
  67. }
  69. void test01() {
  70.     DoWork(new Coffee);
  71.     cout << "--------------" << endl;
  72.     DoWork(new Tea);
  73. }
  76. int main() {
  78.     test01();
  80.     system("pause");
  82.     return 0;
  83. }

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(){}

示例：

  1. class Animal {
  2. public:
  4.     Animal()
  5.     {
  6.         cout << "Animal 构造函数调用！" << endl;
  7.     }
  8.     virtual void Speak() = 0;
  10.     //析构函数加上virtual关键字，变成虚析构函数
  11.     //virtual ~Animal()
  12.     //{
  13.     //    cout << "Animal虚析构函数调用！" << endl;
  14.     //}
  17.     virtual ~Animal() = 0;
  18. };
  20. Animal::~Animal()
  21. {
  22.     cout << "Animal 纯虚析构函数调用！" << endl;
  23. }
  25. //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。
  27. class Cat : public Animal {
  28. public:
  29.     Cat(string name)
  30.     {
  31.         cout << "Cat构造函数调用！" << endl;
  32.         m_Name = new string(name);
  33.     }
  34.     virtual void Speak()
  35.     {
  36.         cout << *m_Name <<  "小猫在说话!" << endl;
  37.     }
  38.     ~Cat()
  39.     {
  40.         cout << "Cat析构函数调用!" << endl;
  41.         if (this->m_Name != NULL) {
  42.             delete m_Name;
  43.             m_Name = NULL;
  44.         }
  45.     }
  47. public:
  48.     string *m_Name;
  49. };
  51. void test01()
  52. {
  53.     Animal *animal = new Cat("Tom");
  54.     animal->Speak();
  56.     //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
  57.     //怎么解决？给基类增加一个虚析构函数
  58.     //虚析构函数就是用来解决通过父类指针释放子类对象
  59.     delete animal;
  60. }
  62. int main() {
  64.     test01();
  66.     system("pause");
  68.     return 0;
  69. }

总结：

  1. 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
  3. 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
  5. 3. 拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类

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<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;

}