C++之多态

用户10923276

发布于 2024-03-28 18:11:08

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文章被收录于专栏：北飞的山羊知识库

一、多态的概念

通俗来说，就是多种形态，具体点就是去完成某个行为，当不同的对象去完成时会产生出不同的状态。比如买票这个行为，当普通人买票时，是全价买票；学生买票时，是半价买票；军人买票时是优先买票。

二、多态的定义及实现

2.1多态的构成条件

多态是在不同继承关系的类对象，去调用同一函数，产生了不同的行为。比如Student继承了Person。Person对象买票全价，Student对象买票半价。此外，构成多态还需要以下两个条件：

1. 必须通过基类的指针或者引用调用虚函数 2. 被调用的函数必须是虚函数，且派生类必须对基类的虚函数进行重写

如下面代码所示：

#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
    virtual void BuyTivkets()
    {
        cout << "买全票！" << endl;
    }
};

class Student :public Person
{
public:
    virtual void BuyTivkets()
    {
        cout << "买半票！" << endl;
    }
};

void Func(Person& p)
{
    p.BuyTivkets();
}

int main()
{
    Person p1;
    Func(p1);
    Student s1;
    Func(s1);
    return 0;
}

2.2 虚函数

虚函数：即被virtual修饰的类成员函数称为虚函数。

class Person
{
public:
    virtual void BuyTivkets()
    {
        cout << "买全票！" << endl;
    }
};

2.3虚函数的重写

虚函数的重写(覆盖)：派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数(即派生类虚函数与基类虚函数的返回值类型、函数名字、参数列表完全相同)，称子类的虚函数重写了基类的虚函数。

#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
    virtual void BuyTivkets()
    {
        cout << "买全票！" << endl;
    }
};


class Student :public Person
{
public:
    /*注意：在重写基类虚函数时，派生类的虚函数在不加virtual关键字时，虽然也可以构成重写(因
为继承后基类的虚函数被继承下来了在派生类依旧保持虚函数属性),但是该种写法不是很规范，不建议
这样使用*/
/*void BuyTicket() { cout << "买半票!" << endl; }*/
    virtual void BuyTivkets()
    {
        cout << "买半票！" << endl;
    }
};

void Func(Person& p)
{
    p.BuyTivkets();
}

int main()
{
    Person p1;
    Func(p1);
    Student s1;
    Func(s1);
    return 0;
}

2.3.1虚函数重写的两个例外

1. 协变(基类与派生类虚函数返回值类型不同)

派生类重写基类虚函数时，与基类虚函数返回值类型不同。即基类虚函数返回基类对象的指针或者引用，派生类虚函数返回派生类对象的指针或者引用时，称为协变。

class Person 
{
public:
	virtual Person* f() 
	{ 
		return new Person;
	}
};
class Student : public Person
{
public:
	virtual Student* f() 
	{ 
		return new Student;
	}
};

2.析构函数的重写（基类析构函数和派生类析构函数的函数名不同）

如果基类的析构函数为虚函数，此时派生类析构函数只要定义，无论是否加virtual关键字，都与基类的析构函数构成重写，虽然基类与派生类析构函数名字不同。虽然函数名不相同，看起来违背了重写的规则，其实不然，这里可以理解为编译器对析构函数的名称做了特殊处理，编译后析构函数的名称统一处理成destructor。

class Person
{
public:
	virtual ~Person() 
	{
		cout << "~Person()" << endl;
	}
};
class Student : public Person
{
public:
	virtual ~Student() 
	{
		cout << "~Student()" << endl;
	}
};
// 只有派生类Student的析构函数重写了Person的析构函数，下面的delete对象调用析构函
//数，才能构成多态，才能保证p1和p2指向的对象正确的调用析构函数。
int main()
{
	Person* p1 = new Person;
	Person* p2 = new Student;
	delete p1;
	delete p2;
	return 0;
}

2.4关于虚函数的注意事项

• 只有类的成员函数才能声明为虚函数 • 虚函数不能是静态成员函数 • 虚函数不能是友元函数 • 若在基类中定义虚函数，在派生类中需要重新定义 • 构造函数不能是虚函数 • 析构函数可以是虚函数

2.5 C++11 override 和 final

从上面可以看出，C++对函数重写的要求比较严格，但是有些情况下由于疏忽，可能会导致函数名字母次序写反而无法构成重载，而这种错误在编译期间是不会报出的，只有在程序运行时没有得到预期结果才来debug会得不偿失，因此：C++11提供了override和final两个关键字，可以帮助用户检测是否重写。

1. final：修饰虚函数，表示该虚函数不能再被重写

class Car
{
public:
	virtual void Drive() final {}
};
class Benz :public Car
{
public:
	virtual void Drive()  //报错

	{
		cout << "Benz-舒适" << endl;
	}
};

2. override: 检查派生类虚函数是否重写了基类某个虚函数，如果没有重写编译报错。

class Car 
{
public:
	virtual void Drive() {}
};
class Benz :public Car
{
public:
	virtual void Drive() override
	{
		cout << "Benz-舒适" << endl;
	}
};

2.6 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

三、抽象类

3.1 概念

在虚函数的后面写上 =0 ，则这个函数为纯虚函数。包含纯虚函数的类叫做抽象类（也叫接口 类），抽象类不能实例化出对象。派生类继承后也不能实例化出对象，只有重写纯虚函数，派生类才能实例化出对象。纯虚函数规范了派生类必须重写，另外纯虚函数更体现出了接口继承。

class Car
{
public:
	virtual void Drive() = 0;
};
class Benz :public Car
{
public:
	virtual void Drive()
	{
		cout << "Benz-舒适" << endl;
	}
};
class BMW :public Car
{
public:
	virtual void Drive()
	{
		cout << "BMW-操控" << endl;
	}
};
void Test()
{
	Car* pBenz = new Benz;
	pBenz->Drive();
	Car* pBMW = new BMW;
	pBMW->Drive();
}


int main()
{
	Test();
	return 0;
}