C++ 的三大特性,封装,继承,多态。封装可以使得代码模块化,继承可以扩展已存在的代码,而多态的目的则是为了接口重用。本篇博客主要介绍C++中多态的相关概念及使用方法。

概念

多态(Polymorphisn)

多态性是允许你将父对象设置成为和一个或更多的他的子对象相等的技术,赋值之后,父对象就可以根据当前赋值给它的子对象的特性以不同的方式运作。简单的说:允许将子类类型的指针赋值给父类类型的指针(一个接口,多种方法)。
C++ 支持两种多态性:编译时多态性,运行时多态性。
a、编译时多态性(静态多态):通过重载函数实现
b、运行时多态性(动态多态):通过虚函数实现。

多态的作用

那么多态的作用是什么呢,封装可以使得代码模块化,继承可以扩展已存在的代码,他们的目的都是为了代码重用。而多态的目的则是为了接口重用。也就是说,不论传递过来的究竟是那个类的对象,函数都能够通过同一个接口调用到适应各自对象的实现方法。

多态的用法

运行时多态:

最常见的用法就是声明基类的指针,利用该指针指向任意一个子类对象,调用相应的虚函数,可以根据指向的子类的不同而实现不同的方法。如果没有使用虚函数的话,则利用基类指针调用相应的函数的时候,将总被限制在基类函数本身,而无法调用到子类中被重写过的函数。因为没有多态性,函数调用的地址将是一定的,而固定的地址将始终调用到同一个函数,这就无法实现一个接口,多种方法的目的了。

非运行时多态:

通过函数重载实现

简而言之:

  1. 有virtual才可能发生动态多态现象
  2. (无virtual)调用就按原类型调用

令人迷惑的隐藏规则

隐藏是指派生类的函数屏蔽了与其同名的基类函数,规则如下:

  • 如果派生类的函数与基类的函数同名,但是参数不同。此时,不论有无virtual关键字,基类的函数将被隐藏(注意别与重载混淆,重载是在同一个类中,而隐藏涉及派生类与基类)。
  • 如果派生类的函数与基类的函数同名,并且参数也相同,但是基类函数没有virtual关键字。此时,基类的函数被隐藏(注意别与覆盖混淆,覆盖有virtual关键字)。

C++虚函数

虚函数: 就是允许被其子类重新定义的成员函数,子类重新定义父类虚函数的做法,可实现成员函数的动态覆盖(Override)。

纯虚函数: 是在基类中声明的虚函数,它在基类中没有定义,但要求任何派生类都要定义自己的实现方法。在基类中实现纯虚函数的方法是在函数原型后加“=0”

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virtual void funtion()=0

抽象类: 包含纯虚函数的类称为抽象类。由于抽象类包含了没有定义的纯虚函数,所以不能进行实例化。

纯虚函数的作用:

  1. 为了方便使用多态特性,我们常常需要在基类中定义虚拟函数。
  2. 在很多情况下,基类本身生成对象是不合情理的。例如,动物作为一个基类可以派生出老虎、孔雀等子类,但动物本身生成对象明显不合常理。
    为了解决上述问题,引入了纯虚函数的概念,将函数定义为纯虚函数(方法:virtual ReturnType Function()= 0;),则编译器要求在派生类中必须予以重写以实现多态性。同时含有纯虚拟函数的类称为抽象类,它不能生成对象。这样就很好地解决了上述两个问题。

示例代码:

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#include<iostream>
using namespace std;

//基类对象
class Base
{
public:
//有virtual关键字,运行时多态
virtual void f(float x)
{
cout<<"Base::f(float)"<< x <<endl;
}
//无viratul关键字,不会发生运行时多态
void g(float x)
{
cout<<"Base::g(float)"<< x <<endl;
}
void h(float x)
{
cout<<"Base::h(float)"<< x <<endl;
}
};
class Derived : public Base
{
public:
virtual void f(float x)
{
cout<<"Derived::f(float)"<< x <<endl; //多态、覆盖
}
//子类与父类的函数同名,无virtual关键字,则为隐藏
void g(int x)
{
cout<<"Derived::g(int)"<< x <<endl; //隐藏
}
void h(float x)
{
cout<<"Derived::h(float)"<< x <<endl; //隐藏
}
};
int main(void)
{
Derived d; //子类
Base *pb = &d; //基类指针指向子类
Derived *pd = &d; //子类指针指向自己
// Good : behavior depends solely on type of the object
pb->f(3.14f); // Derived::f(float) 3.14 调用子类,多态
pd->f(3.14f); // Derived::f(float) 3.14 调用子类

// Bad : behavior depends on type of the pointer
pb->g(3.14f); // Base::g(float) 3.14 无多态,调用自己的
pd->g(3.14f); // Derived::g(int) 3 无多态,调用自己的

// Bad : behavior depends on type of the pointer
pb->h(3.14f); // Base::h(float) 3.14 无多态,调用自己的
pd->h(3.14f); // Derived::h(float) 3.14 无多态,调用自己的
return 0;
}