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C++ (进阶) ─── 多态

article 2024/9/21 14:40:50

1. 多态的概念

1.1 概念

2. 多态的定义及实现

2.1多态的构成条件

2.2 虚函数

2.3虚函数的重写

2.4 C++11 override 和 ﬁnal

2.5 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

3. 抽象类

3.1 概念

3.2 接口继承和实现继承

试题：

1. 多态的概念

1.1 概念

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，当不同类型的对象去完成时会产生出不同的状态。

举个栗子：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。

2. 多态的定义及实现

2.1多态的构成条件

多态的实现是以继承为基础。

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。

那么在继承中要构成多态还有两个条件：

                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（三同）。

★★★注意：

        派生类的虚函数重写的是函数的实现，因此派生类函数不加virtual也能通过。

条件1使得虚函数调用的是基类的函数接口。

本质：基类的接口+基类的实现或派生类的实现

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 BuyTicket() { cout << "买票-全价" << 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(三同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。
class Person 
{
public:
     virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};

class Student : public Person 
{
public:
     virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }
 
 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
};

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。（可以是自己也可以是其他基类和派生类）
class A{};
class B : public A {};

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

class Student : public Person {
public:
     virtual B* f() {return new B;}
};
2. 析构函数的重写(基类与派生类析构函数的名字不同)

        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。

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。

★★★问题：

        析构函数是否建议设计成虚函数？

        答：建议，尤其是基类析构函数
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 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() {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;}
};

2.5 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

3. 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();
}
实践中，一个类型在现实中没有实体对象，不想实例化出对象，就使用纯虚函数，构造成抽象类。

有了纯虚函数，类型大小会多出一个指针的大小（32位下为4个字节）