C++核心编程 之类和对象（七）

原创 于 2021-09-18 08:33:51 发布 · 148 阅读 · 0 ·
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本文详细介绍了C++中的多态特性，包括静态多态和动态多态的概念与区别，通过多个实际案例阐述了多态的应用场景和技术要点，如动物类说话、计算器类、制作饮品、电脑组装等。

目录

1.7 多态

1.7.1多态的基本概念

1.7.2 多态案例一 - 计算器类

1.7.3 纯虚函数和抽象类

1.7.4 多态案例二 - 制作饮品

1.7.5 虚析构和纯虚析构

1.7.6 多态案例三 - 电脑组装

1.7 多态

1.7.1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的区别：

  • 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

//多态
//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:
	//重写 函数返回值类型 函数名 参数列表 完全相同
	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 在编译阶段确定函数地址
//如果想执行让猫说话，那么这个函数地址就不能提前绑定，需要在运行阶段进行绑定，地址晚绑定

//动态多态满足条件
//1、有继承关系
//2、子类重写父类中的虚函数

//动态多态使用
//父类的指针或者引用 指向子类对象

void doSpeak(Animal &animal) //Animal & animal = cat;
{
	animal.speak();
}

void test01()
{
	Cat cat;
	doSpeak(cat);
	Dog dog;
	doSpeak(dog);
}
void test02()
{
	cout << "sizeof Animal=" << sizeof(Animal) << endl;
}
int main()
{
	test01();
	test02();
    system("pause");
	return 0;
}

多态的原理剖析：

 空位的时候sizeof是1，Animal加上virtual后sizeof就变成4

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

1.7.2 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

//分别利用普通写法和多态技术实现计算器
//普通写法
class Calculator
{
public:
	int getResult(string oper)
	{
		if (oper == "+")
		{
			return m_Num1 + m_Num2;
		}
		else if (oper == "-")
		{
			return m_Num1 - m_Num2;
		}
		else if (oper == "*")
		{
			return m_Num1 * m_Num2;
		}
		//如果想扩展新的功能，需求修改源码
		//在真实开发中，提倡 开闭原则
		//开闭原则：对扩展进行开放，对修改进行关闭
	}
	int m_Num1;//操作数1
	int m_Num2;//操作数2

};

void test01()
{
	//创建计算器对象
	Calculator c;
	c.m_Num1 = 10;
	c.m_Num2 = 10;
	cout << c.m_Num1 << "+" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("+") << endl;
	cout << c.m_Num1 << "-" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("-") << endl;
	cout << c.m_Num1 << "*" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("*") << endl;
}

//利用多态实现计算器
//多态好处：
//1、组织结构清晰
//2、可读性强
//3、对于前期和后期扩展以及维护性高

//实现计算器抽象类
class AbstractCalculator
{
public:
	virtual int getResult()
	{
		return 0;
	}
	int m_Num1;
	int m_Num2;
	
};

//加法计算器类
class AddCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_Num1 + m_Num2;
	}

};
//减法计算器类
class SubCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_Num1 - m_Num2;
	}

};
//乘法计算器类
class MulCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_Num1 * m_Num2;
	}
};

void test02()
{
	//多态使用条件
	//父类指针或者引用指向子类对象

	//加法运算
	AbstractCalculator *abc = new AddCalculator;
	abc->m_Num1 = 100;
	abc->m_Num2 = 100;
	cout << abc->m_Num1 << "+" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
	//用完后记得销毁
	delete abc;

	//减法运算
	abc = new SubCalculator;
	abc->m_Num1 = 100;
	abc->m_Num2 = 100;
	cout << abc->m_Num1 << "-" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
	//用完后记得销毁
	delete abc;

	//乘法运算
	abc = new MulCalculator;
	abc->m_Num1 = 100;
	abc->m_Num2 = 100;
	cout << abc->m_Num1 << "*" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
	//用完后记得销毁
	delete abc;
}

int main()
{
	//test01();
	test02();
    system("pause");
	return 0;
}

1.7.3 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

//纯虚函数和抽象类
class Base
{
public:
	//纯虚函数
	//只要有一个纯虚函数，这个类称为抽象类
	//抽象化特点：
	//1、无法实例化对象
	//2、抽象类的子类 必须要重写父类中的纯虚函数，否则也属于抽象类
	virtual void func() = 0;
	
};
class Son :public Base{
public:
	virtual void func() {
		cout << "func 函数调用" << endl;
	};

};
void test01()
{
	//Base b;//抽象类是无法实例化对象
	//new Base;//抽象类是无法实例化对象
	//Son s; //抽象类的子类 必须要重写父类中的纯虚函数，否则也属于抽象类
	Base * base = new Son;
	base->func();
}
int main()
{
	test01();
    system("pause");
	return 0;
}

1.7.4 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

//多态案例2 制作饮品
class AbstractDringking
{
public:
	//煮水
	virtual void Boil() = 0;
	//冲泡
	virtual void Brew() = 0;
	//倒入杯中
	virtual void PourInCup() = 0;
	//加入辅料
	virtual void PutSomething() = 0;
	//制作饮品
	void makeDrink()
	{
		Boil();
		Brew();
		PourInCup();
		PutSomething();
	}
};
//制作咖啡
class Coffee :public AbstractDringking
{
public:
	//煮水
	virtual void Boil()
	{
		cout << "煮农夫山泉" << endl;
	}
	//冲泡
	virtual void Brew() 
	{
		cout << "冲泡咖啡" << endl;
	}
	//倒入杯中
	virtual void PourInCup() 
	{
		cout << "倒入杯中" << endl;
	}
	//加入辅料
	virtual void PutSomething() 
	{
		cout << "加入辅料" << endl;
	}
};
//制作茶叶
class Tea :public AbstractDringking
{
public:
	//煮水
	virtual void Boil()
	{
		cout << "煮矿泉水" << endl;
	}
	//冲泡
	virtual void Brew()
	{
		cout << "冲泡茶叶" << endl;
	}
	//倒入杯中
	virtual void PourInCup()
	{
		cout << "倒入杯中" << endl;
	}
	//加入辅料
	virtual void PutSomething()
	{
		cout << "加入柠檬" << endl;
	}
};
//制作函数
void doWork(AbstractDringking * abs)//AbstractDringking * abs=new Coffee
{
	abs->makeDrink();
	//防止堆区数据不要有内存泄漏
	delete(new Coffee);//释放
}
void test01()
{
	//制作咖啡
	doWork(new Coffee);
	cout << "----------------" << endl;
	//制作茶叶
	doWork(new Tea);
}
int main()
{
	test01();
    system("pause");
	return 0;
}

1.7.5 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

//虚析构和纯虚析构
class Animal
{
public:
	Animal()
	{
		cout << "Animal构造函数调用" << endl;
	}
	//利用虚析构可以解决 父类指针释放子类对象时不干净的问题
	/*virtual ~Animal()
	{
		cout << "Animal虚析构函数调用" << endl;
	}*/
	//纯虚析构  需要声明也需要实现
	//有了纯虚析构之后，这个类也属于抽象类，无法实例化对象
	virtual ~Animal() = 0;//声明

	//纯虚函数
	virtual void speak() = 0;
};
Animal::~Animal()//实现
{
	cout << "Animal纯虚析构函数调用" << endl;
}
class Cat :public Animal
{
public:
	Cat(string name)
	{
		cout << "Cat构造函数调用" << endl;
		m_Name = new string(name);
	}
	virtual void speak()
	{
		cout <<*m_Name <<"小喵在说话" << endl;
	}
	~Cat()
	{
		if (m_Name != NULL)
		{
			cout << "Cat析构函数调用" << endl;
			delete m_Name;
			m_Name = NULL;
		}
	}
	string *m_Name;
};
void test01()
{
	Animal * animal = new Cat("Tom");
	animal->speak();
	//父类指针在析构时候，不会调用子类中析构函数，导致子类如果有堆区属性，出现内存泄露
	//所以只是走了Animal析构，并没有走Cat析构
	//修改的方法呢就是将Animal析构改成虚析构
	delete animal;
}
int main()
{
	test01();
    system("pause");
	return 0;
}

1.7.6 多态案例三 - 电脑组装

案例描述：

电脑主要组成部分为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

//抽象不同零件类
//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;//显卡的零件指针
	Memory * m_mem;////内存条的零件指针
};

//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()
{
	cout << "第一台电脑开始工作:" << endl;
	//第一台电脑零件
	CPU * intelCpu = new IntelCPU;
	VideoCard * intelCard = new IntelVideoCard;
	Memory * intelMem = new IntelMemory;

	//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 IntelCPU, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);
	computer3->work();
	delete computer3;
}
int main()
{
	test01();
    system("pause");
	return 0;
}

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